DE102017131127A1

DE102017131127A1 - Batteriesteuersystem

Info

Publication number: DE102017131127A1
Application number: DE102017131127.0A
Authority: DE
Inventors: Norikazu Adachi; Tomoki Yamane; Takao SUENAGA
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2018-06-28
Also published as: US20180183249A1; JP2018107894A; JP6729353B2; US10998740B2

Abstract

Ein Batteriesteuersystem (1) hat eine Nebenbatterie (2), die in ihrem Inneren ein Gas erzeugt, wenn sie verwendet wird; und eine Steuereinheit (3), die ein Laden/Entladen der Nebenbatterie steuert. Die Steuereinheit hat eine Kapazitätsmesseinheit, die eine Kapazität der Nebenbatterie misst, die mit ihrer Verwendung verschlechtert wird; und eine Anhalteanweisungseinheit (32), die das Laden/Entladen der Nebenbatterie anhält, wenn die durch die Kapazitätsmesseinheit gemessene Kapazität kleiner als oder gleich einer vorbestimmten Schwelle ist.

Description

HINTERGRUND
(Technisches Gebiet)
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Nebenbatterie und ein Batteriesteuersystem, das mit einer Steuereinheit bereitgestellt ist, die ein Laden/Entladen der Nebenbatterie steuert.
(Beschreibung des Stands der Technik)
Ein Batteriesteuersystem ist bekannt, in dem eine Nebenbatterie und eine Steuereinheit, die das Laden/Entladen der Batterie steuert, bereitgestellt sind. Zum Beispiel offenbart die japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2016-93066 ein Beispiel eines solchen Batteriesteuersystems. Einige Arten von Nebenbatterien wie zum Beispiel Lithium-Ionen-Batterien oder Natrium-Ionen-Batterien erzeugen in ihrem Inneren ein Gas, wenn die Batterie wiederholt geladen oder entladen wird. In einer derartigen Batterie ist ein Ventil bereitgestellt, um ein innerhalb der Batterie erzeugtes Gas abzugeben. In dem Fall, in dem die Batterie wiederholt geladen und entladen wird, um das Gas in ihrem Inneren zu erzeugen, so dass der Batteriedruck innerhalb des Gehäuses ansteigt, wird das Ventil geöffnet, um das Gas abzugeben. Somit ist ein Versagen wie zum Bespiel eine Ausdehnung des Gehäuses aufgrund des Drucks des Gases verhindert.
Jedoch ist es wahrscheinlich, dass das Öffnen des Ventils Probleme wie zum Beispiel einen schlechten Geruch und ein Ausströmen der Flüssigkeit innerhalb der Batterie verursacht. Somit wird gemäß dem voranstehend erwähnten Batteriesteuersystem das Laden/Entladen angehalten, bevor das Ventil geöffnet wird.
Den voranstehend beschriebenen Umstand berücksichtigend ist zum Beispiel das folgende Verfahren angenommen.
Zuerst werden die Batterietemperatur und ein Ladungszustand (SOC) oder Ähnliches über einen langen Zeitraum gemessen, und es wird damit fortgefahren, die Daten aufzuzeichnen. In dem Fall, in dem eine Umgebungstemperatur hoch ist oder der SOC kontinuierlich hochgehalten ist, erzeugen Batterien einfach ein Gas, so dass es wahrscheinlich ist, dass ein Innendruck ansteigt. Somit korrelieren die Geschichte der Batterietemperatur und des SOC und des Innendrucks. Somit kann der aktuelle Innendruck der Batterie durch das Verwenden der Information der Geschichte mit vergangenen Batteriedaten wie zum Beispiel der Temperatur und dem SOC geschätzt werden. Wenn der geschätzte Innendruck einen vorbestimmten Wert erreicht, bestimmt das Steuergerät, dass das Laden/Entladen der Batterie anzuhalten.
Jedoch ist gemäß dem voranstehend beschriebenen Batteriesteuersystem die Zuverlässigkeit für die Bestimmung zum Anhalten des Ladens/Entladens der Batterie niedrig. Dies ist deswegen der Fall, da, wenn die Daten der Geschichte der Temperatur und des SOC verwendet werden, die Temperatur oder Ähnliches kontinuierlich für einen langen Zeitraum gemessen wurden. Somit kann der Innendruck der Batterie nicht so geschätzt werden, dass die Bestimmung zum Anhalten des Ladens/Entladens nicht durchgeführt werden kann, falls die Information der Geschichte aus einem Grund verloren gegangen ist. Außerdem wird sogar in dem Fall, in dem die Temperatur kontinuierlich für einen langen Zeitraum gemessen werden kann, eine Menge der Messdaten übermäßig groß. Somit ist es schwierig, ausgehend von diesen Messdaten den Innendruck korrekt zu bestimmen.
Deswegen ist gemäß dem voranstehend beschriebenen Batteriesteuersystem die Genauigkeit des geschätzten Innendruckwerts niedrig, was eine niedrige Zuverlässigkeit in der Bestimmung zum Anhalten des Ladens/Entladens verursacht. Sogar in dem Fall, in dem der tatsächliche Innendruck hoch ist, schätzt das System zum Beispiel fehlerhaft, dass der Innendruck niedrig ist. Somit wird der Lade-/Entladevorgang für die Batterie nicht angehalten. Somit kann das Ventil geöffnet werden, was einen schlechten Geruch in der Umgebung verursacht. Darüber hinaus kann das System fehlerhaft schätzen, dass der Innendruck hoch ist, obwohl der Innendruck tatsächlich niedrig ist, so dass der Lade-/Entladevorgang angehalten wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung wird unter Berücksichtigung der voranstehend beschriebenen Umstände erlangt, und um ein Batteriesteuersystem bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Zuverlässigkeit der Bestimmung zu verbessern, das Laden/Entladen der Batterie anzuhalten.
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung ist ein Batteriesteuersystem (1) mit einer Nebenbatterie (2), die in ihrem Inneren ein Gas erzeugt, wenn sie verwendet wird; und einer Steuereinheit (3), die das Laden/Entladen der Nebenbatterie steuert. Die Steuereinheit hat eine Kapazitätsmesseinheit, die eine Kapazität der Nebenbatterie misst, die mit deren Verwendung verschlechtert wird; und eine Anhalteanweisungseinheit (32), die das Laden/Entladen der Nebenbatterie anhält, wenn die durch die Kapazitätsmesseinheit gemessene Kapazität kleiner als oder gleich einer vorbestimmten Schwelle ist.
Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung entdeckten, dass es eine Korrelation zwischen der Batteriekapazität, die durch ein zyklisches Laden und Entladen verschlechtert ist und dem Innendruck der Batterie gibt, in der die Korrelation derart bestimmt ist, dass die Batteriekapazität mit der Verwendung der Batterie umso niedriger ist, desto mehr eine Gasmenge ansteigt, und sich dabei der Innendruck der Batterie erhöht (siehe 1).
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird diese Eigenschaft der Batterie eingesetzt. Insbesondere wird die Batteriekapazität gemessen, und das Laden/Entladen wird angehalten, wenn der Messwert kleiner als oder gleich einer vorbestimmten Schwelle ist. Da die Batteriekapazität eine starke Korrelation mit dem Innendruck aufweist, kann gemäß diesem Verfahren, eine genaue Bestimmung vorgenommen werden, um das Laden/Entladen der Batterie anzuhalten. Wenn nämlich die Batteriekapazität kleiner als oder gleich der Schwelle ist, hat der Innendruck wahrscheinlich eine vorbestimmte Höhe erlangt. Somit kann der Lade-/Entladevorgang genau bestimmt werden, angehalten zu werden.
Außerdem wird gemäß der Konfiguration der vorliegenden Offenbarung die letzte Batteriekapazität gemessen und die Anhaltebestimmung des Lade-/Entladevorgangs wird durch lediglich Verwendung der letzten Batteriekapazität vorgenommen. Deswegen kann ungleich zu dem Stand der Technik, wo es erforderlich ist, für einen langen Zeitraum die Temperatur zu messen, eine Anhaltebestimmung des Ladens/Entladens mit lediglich einer einfachen Steuereinheit vorgenommen werden.
Da gemäß der vorliegenden Offenbarung die Anhaltebestimmung des Ladens/Entladens mit der letzten Batteriekapazität vorgenommen werden kann, ist es ungleich zu dem Stand der Technik nicht erforderlich, Messdaten wie zum Beispiel die Temperatur zu speichern. Deswegen kann ein Versagen aufgrund von verlorenen Messdaten vermieden werden, dass eine Fehlfunktion der Anhaltebestimmung verursacht.
Wie beschrieben wurde, kann gemäß der voranstehend beschriebenen Gesichtspunkte ein Batteriesteuersystem bereit gestellt werden, in dem die Zuverlässigkeit für die Anhaltebestimmung des Ladens/Entladens der Batterie verbessert ist. Es sollte angemerkt werden, dass die Bezugszeichen in Klammern von einzelnen Mitteln in diesem Absatz und in den Ansprüchen die Entsprechung zu bestimmten Mitteln in den Ausführungsformen anzeigen, die später beschrieben werden.
Figurenliste
In den anhängenden Zeichnungen ist:

die 1 ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Batteriekapazität und dem Innendruck gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
die 2 eine Ansicht, die ein Konzept eines Batteriesteuersystems zeigt;
die 3 ein Flussdiagramm eines Vorgangs, der durch eine Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt ist;
die 4 ein Diagramm, das ein Messverfahren der Batteriekapazität zeigt;
die 5 eine perspektivische Ansicht, die eine Batterie gemäß der ersten Ausführungsform zeigt,
die 6 ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Batteriekapazität und einem Innendruck der Batterie gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
die 7 ein Flussdiagramm eines Vorgangs, der durch die Steuereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführt ist;
die 8 eine Ansicht, die ein Konzept des Batteriesteuersystems gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
die 9 ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Batteriekapazität und dem Innendruck zeigt;
die 10 eine Ansicht, die ein Batteriesteuersystem gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
die 11 ein Diagramm, das ein Berechnungsverfahren eines repräsentativen Werts der Temperatur gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
die 12 ein Zeitdiagramm, das eine Messzeit des SOC gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
die 13 ein Flussdiagramm, das einen Vorgang zeigt, der durch die Steuereinheit gemäß der dritten Ausführungsform ausgeführt ist;
die 14 ein Flussdiagramm, das von der 13 fortgeführt ist;
die 15 ein Diagramm, das zum Erläutern eines Berechnungsverfahrens des SOC unter Verwendung einer Spannung an der Batterie während eines Entladens verwendet wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das voranstehend beschriebene Batteriesteuersystem kann ein an Bord eingebautes Batteriesteuersystem sein, das für ein elektrisches Fahrzeug oder für ein Hybridfahrzeug verwendet wird.
(Erste Ausführungsform)
Mit Bezug auf die 1 bis 5 wird eine Ausführungsform des voranstehend erwähnten Batteriesteuersystems beschrieben. Wie aus der 2 ersichtlich ist, ist das Batteriesteuersystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einer Nebenbatterie 2 und einer Steuereinheit 3 bereitgestellt. Die Nebenbatterie 2 ist eine Batterie wie zum Beispiel Lithium-Ionen-Batterie oder eine NatriumIonen-Batterie, die in ihrem Inneren ein Gas erzeugt, wenn sie verwendet wird. Die Steuereinheit 3 steuert ein Laden/Entladen der Nebenbatterie 2.
Die Steuereinheit 3 ist mit einer Kapazitätsmesseinheit 31 und einer Anhalteanweisungseinheit 32 bereitgestellt. Die Kapazitätsmesseinheit 31 misst eine Kapazität der Nebenbatterie 2, die mit der Verwendung der Nebenbatterie 2 verschlechtert wird. Die Anhalteanweisungseinheit 32 ist konfiguriert, dass Laden/Entladen der Nebenbatterie 2 anzuhalten, wenn die gemessene Kapazität eine vorbestimmte Schwelle oder weniger erreicht.
Wie aus der 2 ersichtlich ist, sind ein Ladegerät 4 und eine Last 5 mit einer Batterie 2 verbunden. Ein Ladeschalter 41 ist zwischen der Batterie 2 und dem Ladegerät 4 vorgesehen. Ebenfalls ist ein Lastschalter 51 zwischen der Last 5 und der Batterie 2 vorgesehen. Dieser Ladeschalter 41 und der Lastschalter 51 sind durch die Steuereinheit 3 EIN-AUS gesteuert. Die Steuereinheit 3 dreht den Ladeschalter 41 EIN, wenn die Batterie 2 geladen wird, und dreht den Ladeschalter 51 EIN, wenn die Last 5 angetrieben wird.
Das Batteriesteuersystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird als ein an Board eingebautes Fahrzeugbatteriesteuersystem verwendet, das an einem elektrischen Fahrzeug oder einem Hybridfahrzeug montiert ist. Die Last 5 ist ein Wandler für das Fahrzeug. Der Wandler ist mit einem 3-Phasen-AC (Wechselstrom)-Motor verbunden, der ein Fahrzeug antreibt. Mit anderen Worten wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch die Verwendung des voranstehend beschriebenen Wandlers eine DC (Gleichstrom)- Leistung der Batterie 2 in eine AC-Leistung umgewandelt, um zu dem voranstehend erwähnten 3-Phasen-AC-Motor zugeführt zu werden. Somit ist das Fahrzeug in der Lage, zu fahren.
Wie aus der 5 ersichtlich ist, ist die Batterie 2 mit einem Gehäuse 20, einem Paar Elektroden 21 und 22, einem auf dem Gehäuse 20 bereitgestellten Ventil 23 bereitgestellt. Wenn die Batterie 2 wiederholt geladen oder entladen wird, wird ein Elektrolyt aufgelöst, um ein Gas zu erzeugen. Somit steigt der Innendruck. Wenn der Innendruck den Öffnungsdruck des Ventils Po erreicht, wird das Ventil 23 geöffnet und das Gas wird abgegeben. Zu dieser Zeit ist es wahrscheinlich, dass ein schlechter Geruch oder ein Ausströmen von Elektrolyt auftreten. In diesem Bezug wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Laden/Entladen der Batterie 2 angehalten, bevor die Batterie 2 geöffnet wird.
Die 1 zeigt ein Verhältnis zwischen der Kapazitätshalterate und dem Innendruck. Die Kapazitätshalterate ist als eine Rate der verbleibenden Kapazität der Batterie 2 definiert, nachdem sie verwendet wurde, zu der Kapazität der nicht verwendeten Batterie 2. Wenn die Batterie 2 wiederholt geladen oder entladen wird, wird ein Inneres Elektrolyt oder Ähnliches aufgelöst, so dass die Kapazitätshaltezeit allmählich verschlechtert wird. Dies begleitend wird ein Gas erzeugt, so dass der Innendruck der Batterie 2 ansteigt. Wie voranstehend beschrieben wurde, wird das Ventil 23 geöffnet, wenn der Innendruck einen Öffnungsventildruck Po erreicht. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Variation ΔP berücksichtig, den Anhaltedruck Ps zu definieren, der niedriger als der Ventilöffnungsdruck Po ist. Wenn der Innendruck den Anhaltedruck Ps erreicht, wird das Laden/Entladen der Batterie 2 angehalten. Allgemein ist der Ventilöffnungsdruck Po unter Berücksichtigung des für die Batterie 2 verwendeten Materials, der Kapazität, der Umgebungsverwendung und des Gebrauchs davon entworfen. Der Anhaltedruck Ps kann unter Bezug auf den entworfenen Druck des Ventilöffnungsdrucks Po einer kommerziellen Batterie bestimmt werden. Ebenfalls kann der Anhaltedruck PS durch Entwerfen des Öffnungsdrucks Po der Batterie und des Druckwiderstands des Gehäuses unter Berücksichtigung des Verhältnisses zwischen der Verwendung der Batterie und einer Eigenschaft eines Anstiegs des Innendrucks bestimmt werden.
Wie aus der 1 ersichtlich ist, ist der Innendruck der Batterie 2 durch eine lineare Funktion der Kapazitätshalterate ausgedrückt. Somit wird die Hauptfunktion im Voraus erlangt, und dabei die Kapazität berechnet, an der der Innendruck den Anhaltedruck Ps erreicht. Die Steuereinheit 3 steuert die Kapazität als die voranstehend erwähnte Schwelle. Die Steuereinheit 3 bestimmt, dass der Innendruck den Anhaltedruck Ps erreicht, wenn die gemessene Kapazität der Batterie 2 kleiner als oder gleich der Schwelle ist, und hält das Laden/Entladen der Batterie 2 an.
Als nächstes wird das Verfahren die Kapazität der Batterie 2 zu messen beschrieben. Wie aus der 4 ersichtlich ist, wenn die Batterie 2 mit einem konstanten Strom entladen wird, verringert sich die Spannung allmählich. Die gesamte Batteriekapazität (Ah) kann berechnet werden, wie folgt. Der Zeitraum wird von einer Zeit gemessen, zu der die Spannung beginnt, bei V1 abzufallen, zu einer Zeit, zu der die Spannung V2 erreicht, und der gemessene Zeitraum (h) wird mit dem Stromwert (A) multipliziert, um die gesamte Kapazität (Ah) zu berechnen. Ähnlich kann, wenn die Batterie 2 mit einem konstanten Strom geladen wird, die Kapazität der Batterie 2 berechnet werden.
Als nächstes wird das Flussdiagramm der durch die Steuereinheit 3 ausgeführten Vorgänge beschrieben. Wie aus der 3 ersichtlich ist, führt die Steuereinheit 3 einen Vorgang bei dem Schritt S1 aus, zu dem begonnen wird, die nicht verwendete Batterie 2 zu betätigen. In diesem Schritt bestimmt der Prozess, ob ein konstanter Zeitraum verstrichen ist (zum Beispiel einige Tage). Wenn die Bestimmung bei S1 ja ist, das heißt, der Zeitraum ist verstrichen, schreitet der Prozess zu dem Schritt S2 voran. Bei dem Schritt S2 wird die Kapazität der Batterie 2 gemessen. Wie voranstehend beschrieben wurde, kann die Kapazität der Batterie 2 zum Beispiel unter Verwendung des Zeitraums berechnet werden, der erforderlich ist, um mit dem konstanten Strom die Batterie 2 zu laden oder zu entladen.
Der Prozess schreitet in dem Schritt S3 voran, nachdem der Prozess bei dem Schritt S2 ausgeführt wurde. Bei dem Schritt S3 bestimmt der Prozess, ob die Kapazität der Batterie 2 der Schwellwert oder weniger ist. Wenn die Bestimmung bei dem Schritt S3 nein ist, das heißt, die Batteriekapazität geht größer als der Schwellwert ist, kehrt der Prozess zu dem Schritt S1 zurück. Wenn die Bestimmung bei dem Schritt S3 ja ist, das heißt, die Batteriekapazität größer als der Schwellwert ist, schreitet der Prozess zu dem Schritt S4 voran. Bei dem Schritt S4 beendet der Prozess das Laden/Entladen der Batterie 2, da der Innendruck der Batterie 2 die voranstehend beschriebene Anhaltespannung Ps erreicht.
Als nächstes werden Wirkungen und Vorteile der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie aus der 1 ersichtlich ist, ist eine Korrelation zwischen der Kapazität der Batterie 2, die aufgrund von wiederholten Lade-/Entladezyklen verschlechtert wurde und dem Innendruck der Batterie 2 vorhanden. Insbesondere ist die Korrelation derart bestimmt, dass, desto niedriger die Batterie der Batterie ist, der Innendruck der Batterie 2 in Erwiderung auf einen Anstieg einer Menge des Gases umso höher ist.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden die voranstehend beschriebenen Eigenschaften der Batterie 2 verwendet. Insbesondere misst eine Kapazitätsmesseinheit 31 eine Kapazität der Batterie 2, und die Anhalteanweisungseinheit 32 beendet das Laden/Entladen, wenn der Messwert eine vorbestimmte Schwelle oder weniger ist. Da die Kapazität der Batterie 2 eine starke Korrelation mit dem Innendruck aufweist, kann somit die Bestimmung des Anhaltens des Lade-/Entladevorgangs genau durchgeführt werden. Mit anderen Worten, da der Innendruck wahrscheinlich den Anhaltedruck Ps erreicht, wenn die Kapazität der Batterie 2 die voranstehend erwähnte Schwelle oder weniger erreicht, ist es bestimmt, dass die Batterie 2 das Laden/Entladen anhalten sollte.
Wenn die Konfiguration der vorliegenden Offenbarung eingesetzt ist, kann ebenfalls bestimmt werden, das Laden/Entladen mit lediglich der letzten Messung des Werts der Kapazität der Batterie 2 anzuhalten. Somit ist es nicht notwendig, die Temperatur oder Ähnliches für einen langen Zeitraum zu messen, was in einer bekannten Konfiguration so durchgeführt wurde. Deswegen kann die Bestimmung des Anhaltens des Ladens/Entladens durch die Steuereinheit 3 mit einer einfachen Konfiguration erlangt werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Bestimmung des Anhaltens des Laden-/Entladevorgangs unter Verwendung von lediglich dem letzten Kapazitätswert der Batterie 2 so durchgeführt werden, dass Messdaten wie zum Beispiel Temperaturdaten nicht notwendigerweise akkumuliert werden müssen, was ungleich zu der bekannten Konfiguration ist. Entsprechend tritt ein Versagen aufgrund von verlorenen Messdaten oder Ähnlichem in der Konfiguration der vorliegenden Offenbarung nicht auf.
Wie voranstehend beschrieben wurde, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Batteriesteuersystem mit verbesserter Zuverlässigkeit der Bestimmung des Anhaltens des Ladens/Entladens der Batterie bereitgestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Batterie 2 mit einem auf dem Fahrzeug befindlichen Wandler verbunden. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Konfiguration begrenzt. Alternativ kann die Batterie 2 als eine Leistungsquelle der stationären Art wie zum Beispiel ein Heimenergie-Management-System (HEMS) oder eine Leistungsquelle für einen Rechner und ein Smartphone verwendet werden.
Im Folgenden stellen in den folgenden Ausführungsformen die Bezugszeichen in den Zeichnungen, die die gleichen wie die sind, die in der ersten Ausführungsform verwendet wurden, die gleichen Elemente wie in der ersten Ausführungsform dar, solange dies nicht anders bestimmt ist.
(Zweite Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform ist ein Beispiel, in dem die Steuereinheit 2 modifiziert ist. Wie aus der 8 ersichtlich ist, ist die Steuereinheit 3 der vorliegenden Ausführungsform mit einer Eingabeberechnungseinheit 33 anders als die voranstehend beschriebene Kapazitätsmesseinheit 31 und die Anhalteanweisungseinheit 32 bereitgestellt. Die Eingabeberechnungseinheit 33 berechnet die voranstehend beschriebene Schwelle unter Verwendung einer Information über die Temperatur und den Ladezustand (SOC) der Batterie 2, wobei die Information extern zu dem Batteriesteuersystem 1 übertragen wird (das heißt eine externe Information). Es ist anzumerken, dass „Information über die Temperatur und den Ladezustand“ einen Bereich einschließen kann, in dem die Batterie 2 verwendet wird, und eine Systeminformation. Diese Information korreliert mit der Temperatur und mit dem SOC. Die Eingabeberechnungseinheit 33 entspricht der ersten Berechnungseinheit.
Es ist wahrscheinlich, dass die Batterie 2 ein Gas erzeugt, da das Elektrolyt oder Ähnliches einfach reagiert, um zersetzt zu werden. Wenn der SOC der Batterie 2 hochgehalten bleibt, da die Spannungshöhe fortfährt, hoch zu sein, reagiert das Elektrolyt oder Ähnliches auch einfach, um zersetzt zu werden, so dass wahrscheinlich ist, das die Batterie 2 ein Gas erzeugt.
Die 6 stellt ein Verhältnis zwischen der Kapazitätshalterate und dem Innendruck eine Mehrzahl von Batterien 22 dar, die jeweils eine unterschiedliche Betriebsumgebung aufweisen. Die Leitung L₁ zeigt ein Verhältnis zwischen der Kapazitätshalterate und dem Innendruck, wenn die Batterie 2 in einem Bereich verwendet wird, in dem die Umgebungstemperatur relativ hoch ist, und in einem System verwendet ist, von dem es wahrscheinlich ist, dass es mit einem hohen SOC in Betrieb ist. Die Leistung L₃ zeigt ein Verhältnis zwischen der Kapazitätshalterate und dem Innendruck, wenn die Batterie 2 in einem kalten Bereich verwendet wird, wo die Umgebungstemperatur relativ niedrig ist, und in einem System verwendet wird, von dem es wahrscheinlich ist, dass es mit einem niedrigen SOC in Betrieb ist. Außerdem zeigt die Linie L₂ ein Verhältnis zwischen der Kapazitätshalterate und dem Innendruck, wenn die Temperatur und der SOC sich in einer Mitte zwischen den Linien L₁ und L₃ befinden.
Mit Bezug auf die 6 sind, sogar falls eine verschlechterte Batterie 2 die gleichen Kapazitäten aufweist, die Innendrücke abhängig von dem Bereich unterschiedlich, in dem die Batterie 2 verwendet wird. Dies ist deswegen der Fall, da es wahrscheinlich ist, wenn die Temperatur der Batterie 2 hoch ist und ein hoher SOC-Zustand fortgeführt wird, dass Gas derart in der Batterie erzeugt wird, dass es wahrscheinlich ist, dass der Innendruck ansteigt. Somit variiert die Kapazitätsschwelle an dem Anhaltedruck Ps abhängig von der Betriebsumgebung. Zum Beispiel für die Linie L₁, da der Innendruck der Batterie den Anhaltedruck Ps schneller als andere erreicht, muss die Kapazitätsschwelle größer sein. Ebenfalls kann für die Linie L₃, da der Innendruck den Anhaltedruck Ps nicht bald erreicht, die Kapazitätsschwelle kleiner eingestellt werden. Die Eingabeberechnungseinheit 33 berechnet die Kapazitätsschwelle unter Verwendung der externen Information betreffend die Temperatur der Batterie 2 und des SOC, und stellt die Kapazitätsschwelle in dem System ein.
Zum Beispiel kann die Schwelle berechnet werden, wie folgt. Zuerst wird ein Verhältnis zwischen der Temperatur und dem SOC der Batterie 2 und die Steigung und der Achsenabschnitt der Hauptfunktion im Voraus vorbereitet. Insbesondere, wenn der Bereich, in dem die Batterie 2 verwendet wird, und die Art des Systems als externe Information empfangen werden, werden die durchschnittliche Temperatur des Bereichs und der Durchschnittswert des SOC berechnet. Die Steigung und der Achsenabschnitt der Hauptfunktion werden unter Verwendung dieser Werte bestimmt. Die voranstehend erwähnte Hauptfunktion wird nämlich bestimmt. Dann wird die Batteriekapazität an dem Anhaltedruck Ps unter Verwendung der Hauptfunktion berechnet. Dieser Wert wird als die Schwelle in dem System eingestellt.
Als ein Berechnungsverfahren der Schwelle kann ebenfalls das folgende Verfahren verwendet werden. Zuerst wird ein Verhältnis zwischen der Temperatur/SOC der Batterie und der Schwelle erlangt, und dieses Verhältnis wird als ein Kennfeld gespeichert. Wenn dann der Bereich und die Art des Systems von einem externen Gerät empfangen werden, berechnet das System die durchschnittliche Temperatur des Bereichs und dem durchschnittlichen Werts des SOC, und berechnet die Kapazitätsschwelle unter Verwendung dieser Werte und des voranstehend beschriebenen Kennfelds.
Als nächstes wird das Flussdiagramm des Prozesses beschrieben, der durch die Steuereinheit 3 ausgeführt wird. Wie aus der 7 ersichtlich ist, wenn der Betrieb der Batterie 2 begonnen wird, führt die Steuereinheit 3 den Schritt S11 aus. In dem Schritt S11 berechnet der Prozess die Kapazitätsschwelle ausgehend von dem Bereich, in dem die Batterie 2 verwendet wird, und der Art des Systems (das heißt, Information betreffend die Betriebstemperatur und den SOC), und stellt die Kapazitätsschwelle in dem System ein.
Dann schreitet der Prozess zu dem Schritt S12 voran. In dem Schritt S12 wird bestimmt, ob ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen ist. Wenn die Bestimmung JA ist, das heißt, der Zeitraum ist verstrichen, schreitet der Prozess zu dem Schritt S13 voran. In diesem Schritt wird die Kapazität der Batterie 2 gemessen. Dann schreitet der Prozess zu dem Schritt S14 voran. In dem Schritt S14 bestimmt der Prozess, ob die Kapazität der Batterie 2 die Schwelle oder weniger ist oder nicht. Wenn die Bestimmung nein ist, das heißt, der Zeitraum ist noch nicht verstrichen, kehrt der Prozess zu dem Schritt S12 zurück. Ebenfalls, wenn in dem Schritt S14 als ja bestimmt ist, schreitet der Prozess zu dem Schritt S15 voran. In dem Schritt S15, da der Innendruck der Batterie 2 den Anhaltedruck Ps erreicht, wird der Lade-/Entladevorgang der Batterie 2 angehalten.
Als nächstes werden Wirkungen und Vorteile der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die Steuereinheit 3 der vorliegenden Ausführungsform ist mit der voranstehend beschriebenen Eingabeberechnungseinheit 33 bereitgestellt. Somit kann eine geeignete Schwelle abhängig von der Betriebstemperatur und dem SOC der Batterie 2 eingestellt werden. Als ein Ergebnis kann das System genauer bestimmen, ob der Lade-/Entladevorgang der Batterie 2 stattfindet oder nicht.
Zusätzlich weist die vorliegende Ausführungsform die gleiche Konfiguration, Wirkungen und Vorteile wie die der ersten Ausführungsform auf.
(Dritte Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform ist ein Beispiel, in dem die Konfiguration der Steuereinheit 3 modifiziert ist. Wie aus der 10 ersichtlich ist, ist die Steuereinheit 3 der vorliegenden Ausführungsform mit einer Parametermesseinheit 34 und einer automatischen Berechnungseinheit 35 bereitgestellt. Die Parametermesseinheit 34 misst Parameter wie zum Beispiel die Temperatur und den Ladezustand (SOC) der Batterie 2 in der Umgebung des Betriebs. Die automatische Berechnungseinheit 35 berechnet die voranstehend beschriebene Schwelle. Die automatische Berechnungseinheit 35 entspricht der zweiten Berechnungseinheit.
Wie in dem Fall beschrieben wurde, in dem die Temperatur und der SOC hoch sind, steigt die Menge des erzeugten Gases so, dass der Innendruck der Batterie 2 wahrscheinlich ansteigt. Die 9 stellt ein Diagramm dar, in dem Messwerte der Kapazitätshalterate und des Innendrucks ausgedruckt sind. Manche der Messwerte sind so ausgedruckt, um eine Annäherungslinie zu zeichnen, die unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate erhalten wurde. Wie aus der 9 ersichtlich ist, ist realisiert, dass sogar in dem Fall der gleichen Kapazitätshalterate, der Innendruck umso höher ist, desto höher die Temperatur und der SOC sind.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Schwelle berechnet, ohne externe Information und betreffend die Betriebstemperatur und den SOC der Batterie 2 zu verwenden, die von einem externen Gerät übertragen wurden. Jedoch verwendet das System eine Information, die durch die Steuereinheit 3 erlangt wurde, um die Kapazität zu berechnen, an der der Innendruck den Anhaltedruck Ps erreicht, nämlich die Schwelle.
Die Berechnung der Schwelle kann zum Bespiel das folgende Verfahren annehmen. Zuerst werden ein Verhältnis zwischen der Temperatur und dem SOC der Batterie 2 und der Steigung und dem Achsenabschnitt des Graphs der Hauptfunktion im Voraus vorbereitet. Dann misst das System regelmäßig die Betriebstemperatur und den SOC der Batterie 2, nachdem der Benutzer begonnen hat, die Batterie 2 zu verwenden. Durch das Verwenden der Messwerte wäre die Steigung und der Achsenabschnitt des Graphs bestimmt. Es ist nämlich bestimmt, dass der lineare Graph die Kapazität erhält, an der der Innendruck der Batterie den Anhaltedruck Ps, das heißt, die Schwelle, erreicht.
Das Berechnungsverfahren der Schwelle wird im genaueren Detail beschrieben. Wie aus der 10 ersichtlich ist, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Temperatursensor 24 an der Batterie 2 angebracht. Der Temperatursensor 24 wird verwendet, um die Temperatur der Batterie 2 regelmäßig zu messen. Die Messung kann zum Beispiel einmal in 30 Minuten durchgeführt werden. Wie aus der 11 ersichtlich ist, erlangt das System eine Verteilung der Temperatur und die akkumulierte Frequenz, und bestimmt die Temperatur, an der die akkumulierte Frequenz 90% beträgt (das heißt 90% Bewegungswert), um ein repräsentativer Wert zu sein.
Außerdem kann der SOC der Batterie 2 durch Messen der Spannung des offenen Schaltkreises (OCV) der Batterie 2 berechnet werden. Da der OCV der Batterie 2 direkt, nachdem die Batterie geladen/entladen wurde, nicht genau gemessen werden kann, wird der OCV gemessen, nachdem einige Zeit verstrichen ist, seit die Batterie 2 angehalten wurde, zu laden/entladen. Zum Beispiel in dem Fall, in dem die Batterie 2 als ein Wandler eines Fahrzeugs verwendet wird, wie aus der 12 ersichtlich ist, wird die Batterie 2 von dem Wandler entladen oder geladen (Regeneration), während das Fahrzeug fährt. Somit ist die Spannung der Batterie 2 instabil, während das Fahrzeug fährt. Wenn jedoch einige Stunden verstrichen sind, nachdem das Fahrzeug angehalten wurde, wird die Spannung an der Batterie 2 stabil, und der OCV kann gemessen werden. Zum Beispiel wird der OCV täglich gemessen, und der SOC kann durch Verwendung des gemessenen OCV-Werts erhalten werden. Der OCV kann zum Beispiel durch das Jahr gemessen werden, und ein 90% Belegungswert wird als ein repräsentativer Wert ähnlich zu dem repräsentativen Wert der Temperatur (siehe 11) berechnet. Dann wird ein linearer Graph bestimmt, der in der 9 ersichtlich ist, unter Verwendung der repräsentativen Werte der Temperatur und des SOC, um die Schwelle zu berechnen.
Als nächstes wird ein Flussdiagramm des durch die Steuereinheit 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführten Prozesses beschrieben. Wenn eine brandneue Batterie 2 verwendet wird, führt die Steuereinheit 3 zuerst den Prozess in dem Schritt S21 aus. Hier werden die Temperatur und der SOC der Batterie 2 zu vorbestimmten Zeiträumen gemessen. Zum Beispiel wird die Temperatur alle 30 Minuten gemessen, und der SOC wird zum Beispiel einmal am Tag gemessen.
Danach schreitet der Prozess zu dem Schritt S22 voran. In dem Schritt S22 wird bestimmt, ob eine bestimmte Zeit verstrichen ist oder nicht. Zum Beispiel bestimmt der Prozess, ob die Temperatur und der SOC für ein Jahr oder mehr gemessen wurden oder nicht. Wenn die Bestimmung im dem Schritt S22 nein ist, das heißt, die Zeit ist noch nicht verstrichen, kehrt der Prozess zu dem Schritt S21 zurück. Wenn in dem Schritt S22 die Bestimmung ja ist, das heißt, die Zeit ist verstrichen, schreitet der Prozess zu dem Schritt S23 voran.
In dem Schritt S23 werden die repräsentativen Werte der Temperatur und des SOC berechnet. Hier werden Messwerte der Temperatur und des SOC verwendet, um 90% Belegungswert (siehe 11) als einen repräsentativen Wert zu berechnen.
Dann schreitet der Prozess zu dem Schritt S24 voran. In dem Schritt S24 wird eine Schwelle der Batteriekapazität berechnet. Insbesondere werden die repräsentativen Werte der Temperatur und des SOC verwendet, um den linearen Graph zu bestimmen, der aus der 9 ersichtlich ist, und dabei die Kapazität zu berechnen, mit der der Innendruck der Batterie 2 den Anhaltedruck Ps, nämlich die Schwelle, erreicht.
Danach schreitet der Prozess zu dem Schritt S25 voran. In diesem Schritt S25 bestimmt der Prozess, ob die Batterie 2 für einen vorbestimmten Zeitraum verwendet wurde oder nicht. Wenn die Bestimmung JA ist, schreitet der Prozess zu dem Schritt S26 voran. In dem Schritt S26 misst der Prozess die Kapazität der Batterie 2.
Als nächstes schreitet der Prozess zu dem Schritt S27 voran. In dem Schritt S27 bestimmt der Prozess, ob die Kapazität der Batterie 2 die Schwelle oder weniger ist oder nicht. Wenn der Prozess in dem Schritt S27 nein bestimmt, kehrt er zu dem Schritt S25 zurück. Wenn der Prozess in dem Schritt S27 ja bestimmt, schreitet er zu dem Schritt S28 voran. In dem Schritt S28 beendet der Prozess das Laden/Entladen der Batterie, da der Innendruck der Batterie 2 den Anhaltedruck Ps erreicht.
Als nächstes werden Wirkungen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die Steuereinheit 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist mit der voranstehend beschriebenen Parametermesseinheit 34 und der automatischen Berechnungseinheit 35 bereitgestellt. Somit kann die Parametermesseinheit 34 einen Zustand der Batterie 2, nämlich die Parameter messen. Entsprechend kann der tatsächliche Zustand der Batterie 2 verwendet werden, um die Schwelle zu berechnen. Entsprechend kann die Schwelle genau so berechnet werden, dass der Prozess genauer bestimmt, ob das Laden/Entladen der Batterie 2 beendet werden sollte oder nicht.
Die voranstehend beschriebene Parametermesseinheit 34 misst regelmäßig die Temperatur und den SOC der Batterie 2 als den voranstehend beschriebenen Parameter. Die automatische Berechnungseinheit 35 bestimmt den repräsentativen Wert aus unter der Mehrzahl der Messwerte der Temperatur und des SOC, und berechnet die Kapazitätsschwelle durch Verwendung des vorbestimmten repräsentativen Werts.
In diesem Fall wird die Schwelle genau berechnet. Mit anderen Worten, da die Temperatur und der SOC mit der Schwelle korreliert (siehe 9), werden diese Temperatur und der SOC gemessen, wodurch die Schwelle genau gemessen werden kann. Ebenfalls werden gemäß der vorliegenden Offenbarung die Temperatur und der SOC mehrere Male gemessen, und der repräsentative Wert wird aus unter der Mehrzahl der Messwerte bestimmt, und dabei die Schwelle erhalten. Deswegen ist die Zuverlässigkeit der Schwelle hoch.
Es sollte angemerkt werden, dass der repräsentative Wert der Temperatur und des SOC bevorzugt ein Wert sein kann, der zumindest 90% der Messwerte besetzt. Entsprechend dieser Konfiguration kann der repräsentative Wert der Temperatur und des SOC höher sein. Entsprechend ist die berechnete Schwelle so höher, dass der Lade-/Entladevorgang der Batterie 2 schneller angehalten werden kann. Als ein Ergebnis ist es unwahrscheinlich, dass der Innendruck der Batterie 2 den Anhaltedruck Ps erreicht, sodass die Möglichkeit des Öffnens des Ventils 23 niedrig wird.
Entsprechend der vorliegenden Offenbarung werden die Temperatur und der SOC regelmäßig zumindest während des Jahrs gemessen, und die Messwerte werden verwendet, um den voranstehend beschriebenen repräsentativen Wert zu berechnen. Deswegen können ausweichende Messwerte gesammelt werden, um die Zuverlässigkeit des repräsentativen Werts zu verbessern. Somit kann die Zuverlässigkeit der kalkulierten Schwelle verbessert werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Parametermesseinheit 34 verwendet, um die Temperatur und den SOC der Batterie 2 zu messen. Jedoch entstehen keine signifikanten Probleme sogar, falls diese Messdaten aus einem beliebigen Grund verloren werden. Dies ist deswegen der Fall, da sogar in diesem Fall, der voranstehend beschriebene lineare Graph (siehe 9) durch abermaliges Messen der Temperatur und des SOC bestimmt werden kann, und dabei die Schwelle berechnet werden kann. Außerdem weist die vorliegende Ausführungsform die gleiche Konfiguration, Wirkungen und Vorteile wie die der ersten Ausführungsform auf.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird als ein repräsentativer Wert der Temperatur und des SOC ein Wert verwendet, der zumindest 90% des Messwerts besetzt (das heißt 90% Belegungswert). Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Wert begrenzt. Alternativ können zum Beispiel 50% Belegungswert, 80% Belegungswert oder 100% Belegungswert verwendet werden. Darüber hinaus kann eine Kapazitätsschwelle unter Verwendung eines Verhältnisses zwischen dem Innendruck der Batterie und der Kapazitätshalterate mit den Parametern einschließlich der Temperatur und dem SOC, oder eines Kennfelds und einer Frequenz einer Umgebungstemperatur und des SOC, die gemessen oder vorhergesagt sind, berechnet werden, und dabei der repräsentative Wert erhalten werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie aus der 12 ersichtlich ist, wird der OCV zu einer Zeit gemessen, nachdem eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, seit der Lade-/Entladevorgang für die Batterie 2 angehalten wurde, und der Messwert wird verwendet, um den SOC zu berechnen. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf das begrenzt. Wie zum Beispiel aus der 15 ersichtlich ist, wird die Spannung (das heißt die geschlossene Schaltkreisspannung: CCV) gemessen, während die Batterie 2 entladen wird. Das folgende Verhältnis ist vorhanden zwischen dem gemessenen CCV, dem Abgabestrom I, dem inneren Widerstand r der Batterie 2 und dem OCV. $OCV = CCV + Ir$
Gemäß dieser Gleichung wird der OCV berechnet und weiter kann der SOC unter Verwendung des berechneten OCV berechnet werden. Gemäß dieser Berechnung kann der SOC berechnet werden, während die Batterie 2 in Betrieb ist. Somit kann die Anzahl der Messungen des SOC erhöht werden, sodass der repräsentative Wert des SOC zuverlässiger werden kann (die Zuverlässigkeit wird erhöht).
Ein Batteriesteuersystem (1) hat eine Nebenbatterie (2), die in ihrem Inneren ein Gas erzeugt, wenn sie verwendet wird; und eine Steuereinheit (3), die ein Laden/Entladen der Nebenbatterie steuert. Die Steuereinheit hat eine Kapazitätsmesseinheit, die eine Kapazität der Nebenbatterie misst, die mit ihrer Verwendung verschlechtert wird; und eine Anhalteanweisungseinheit (32), die das Laden/Entladen der Nebenbatterie anhält, wenn die durch die Kapazitätsmesseinheit gemessene Kapazität kleiner als oder gleich einer vorbestimmten Schwelle ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201693066 [0002]

Claims

Batteriesteuersystem mit: einer Nebenbatterie (2), die in ihrem Inneren ein Gas erzeugt, wenn sie verwendet wird; einer Steuereinheit (3), die das Laden/Entladen der Nebenbatterie steuert, wobei die Steuereinheit hat: eine Kapazitätsmesseinheit, die eine Kapazität der Nebenbatterie misst, die mit ihrer Verwendung verschlechtert wird; eine Anhalteanweisungseinheit (32), die das Laden/Entladen der Nebenbatterie anhält, wenn die durch die Kapazitätsmesseinheit gemessene Kapazität kleiner als oder gleich wie eine vorbestimmte Schwelle ist.
Batteriesteuersystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit eine erste Berechnungseinheit (33) hat, die die Schwelle unter Verwendung einer Information über Temperatur und einen Ladungszustand der Nebenbatterie berechnet, wobei die Information extern zu dem Batteriesteuersystem übertragen wird.
Batteriesteuersystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit hat: eine Parametermesseinheit (34), die einen Parameter der Nebenbatterie unter einer Betriebsumgebung misst; und eine zweite Berechnungseinheit (35), die die Schwelle unter Verwendung des Parameters berechnet, der durch die Parametermesseinheit gemessen wurde.
Batteriesteuersystem nach Anspruch 3, wobei die Parametermesseinheit regelmäßig eine Temperatur und einen Ladungszustand der Nebenbatterie als den Parameter misst; die zweite Berechnungseinheit einen repräsentativen Wert aus Werten unter einer Mehrzahl von Messwerten der Temperatur und dem Ladungszustand bestimmt, und die Schwelle unter Verwendung des bestimmten repräsentativen Werts berechnet.
Batteriesteuersystem nach Anspruch 4, wobei die Parametermesseinheit konfiguriert ist, die Temperatur und den Ladungszustand zumindest während des Jahres regelmäßig zu messen.