DE102017201247A1

DE102017201247A1 - Zustandsabschätzeinrichtung, Energiespeichermodul, Fahrzeug und Verfahren zur Zustandsabschätzung

Info

Publication number: DE102017201247A1
Application number: DE102017201247.1A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Sejima
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2017-07-27
Also published as: US20170212171A1; CN106997971B; JP6573120B2; CN106997971A; US9970992B2; JP2017135801A

Abstract

Eine Zustandsabschätzeinrichtung weist auf: eine Spannungserfassungseinheit, die Spannungen von Energiespeichereinrichtungen erfasst; und eine Abschätzeinheit, die eine Ladungsmengendifferenz zwischen mindestens zwei der Energiespeichereinrichtungen abschätzt. Zu einem Referenzzeitpunkt T0 während einer Konstantstromladung führt die Abschätzeinheit aus: eine Zielspannungseinstellung zum Referenzzeitpunkt T0 zur Einstellung einer Spannung einer Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung als Zielspannung V0; eine Zeitermittlung zum Ermitteln eines Zeitpunkts, an welchem eine Spannung einer Energiespeichereinrichtung mit hoher Spannung die Zielspannung V0 erreicht; und eine Ladungsmengendifferenzabschätzung zur Abschätzung der Ladungsmengendifferenz zwischen den mindestens zwei Energiespeichereinrichtungen auf der Grundlage des Referenzzeitpunkts T0, des in dem Zeitermittlungsvorgangs ermittelten Zeitpunkts und eines Stroms, der während der Konstantstromladung durch die mehreren Energiespeichereinrichtungen fließt.

Description

GEBIET
Die hierin offenbarte Technik betrifft eine Zustandsabschätzeinrichtung, ein Energiespeichermodul, ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Zustandsabschätzung.
HINTERGRUND
In einer zusammengesetzten Batterie mit mehreren Energiespeichereinrichtungen, die in Reihe geschaltet sind, können die Ladungsmengen der Energiespeichereinrichtung (eine Ladungsmengendifferenz kann hervorgerufen werden) häufig variieren auf Grund von Unterschieden in den Anfangskapazitäten und Unterschiede im Grad der Alterung zwischen den Energiespeichereinrichtungen. Wenn ein Unterschied in der Ladungsmenge zwischen den Energiespeichereinrichtungen erzeugt wird, tritt während des Ladens eine Überspannung in einer Energiespeichereinrichtung auf, deren Ladungsmenge relativ groß ist. Daher ist konventioneller Weise eine Technik zum Ausgleichen der Ladungsmengen bzw. Ladungszustände bekannt, indem eine Differenz der Ladungsmenge zwischen Energiespeichereinrichtungen abgeschätzt wird und indem jede der Energiespeicherungen auf der Grundlage der Ladungsmengendifferenz entladen (oder geladen) wird ( JP 2011-41452 A ). JP 2011-41452 A offenbart ein Verfahren zum Ermitteln von Zeitpunkten, an denen Spannungen der entsprechenden Energiespeichereinrichtungen eine gegebene Spannung erreichen, und zum Abschätzen des Ladungsmengendifferenzen auf der Grundlage von Differenzen zwischen den Zeitpunkten.
Jedoch ist gemäß dem Verfahren der JP 2011-41452 A die gegebene Spannung auf einen beliebigen statischen Wert festgelegt. Dies führt zu einem Problem dahingehend, dass eine Spannung einer Energiespeichereinrichtung häufig die gegebene Spannung nicht erreicht, wobei dies von dem Sollwert für die gegebene Spannung abhängt, und eine Lademengendifferenz der Energiespeichereinrichtungen kann nicht abgeschätzt werden.
ÜBERBLICK
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Technik bereit, die in der Lage ist, eine Differenz der Ladungsmenge bzw. Ladungsmengendifferenz von Energiespeichereinrichtungen zuverlässiger abzuschätzen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zustandsabschätzeinrichtung bereitgestellt, die einen Zustand mehrerer Energiespeichereinrichtungen abschätzt, wobei die Zustandsabschätzeinrichtung aufweist: eine Spannungserfassungseinheit, die ausgebildet ist, Spannungen der jeweiligen Energiespeichereinrichtungen zu erfassen; und eine Abschätzeinheit, die ausgebildet ist, eine Ladungsmengendifferenz bzw. eine Differenz von Ladezuständen zwischen mindestens zwei der Energiespeichereinrichtungen abzuschätzen, wobei an einem Referenzzeitpunkt T0 während einer Konstantstromladung der mehreren Energiespeichereinrichtungen, wenn eine der zwei Energiespeichereinrichtungen, deren Spannung relativ gering ist, als eine Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung angenommen wird, und die andere der beiden Energiespeichereinrichtungen, deren Spannung relativ hoch ist, als eine Energiespeichereinrichtung mit hoher Spannung betrachtet wird, die Abschätzeinheit ausführt: einen Sollspannungseinstellvorgang zur Einstellung, als eine Zielspannung bzw. Sollspannung V0, einer Spannung der Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung, die von der Spannungserfassungseinheit zum Referenzzeitpunkt T0 erfasst wird; einen Zeitermittlungsvorgang zur Ermittlung eines Zeitpunkts, an welchem eine Spannung der Energiespeichereinrichtung mit hoher Spannung die Zielspannung V0 erreicht; und einen Ladungsmengendifferenzabschätzvorgang zum Abschätzen der Ladungsmengendifferenz zwischen den mindestens zwei Energiespeichereinrichtungen auf der Grundlage des Referenzzeitpunkts T0, dem in dem Zeitermittlungsvorgang ermittelten Zeitpunkt und einem Strom, der durch die mehreren Energiespeichereinrichtungen während der Konstantstromladung fließt.
Gemäß diesem Aufbau ist es möglich, eine Differenz der Ladungsmenge bzw. des Ladezustands von Energiespeichereinrichtungen zuverlässig abzuschätzen.
KURZE BESCHREIBUNG VON ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Blockansicht, die ein Ladesystem darstellt.
2 zeigt ein Schaltbild einer Entladeschaltung.
3 zeigt einen Graph, der eine Charakteristik der SOC-OCV-Korrelation von Sekundärbatterien zeigt.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Vorgang zur Steuerung der Angleichung zeigt.
5 zeigt einen Graph, der eine zeitliche Änderung von Spannungswerten der Sekundärbatterien an einer Endphase der Konstantstromladung zeigt.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Vorgang zur Ausgleichssteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
7 zeigt einen Graph, der eine zeitliche Änderung von Spannungswerten der Sekundärbatterien während einer Endphase der Konstantstromladung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
8 zeigt eine Ansicht, die ein Automobil gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
9 zeigt eine Blockansicht, die ein Batteriemodul gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht, die das Batteriemodul darstellt.
11 zeigt eine perspektivische Aufrißansicht, die das Batteriemodul darstellt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Überblick über Ausführungsformen)
Zunächst wird ein Überblick der in den Ausführungsformen offenbarten Technik angegeben.
Die hierin offenbarte Zustandsabschätzeinrichtung ist eine Zustandsabschätzeinrichtung, die einen Zustand mehrerer Energiespeichereinrichtungen abschätzt, wobei die Zustandsabschätzeinrichtung aufweist: eine Spannungserfassungseinheit, die ausgebildet ist, jeweils Spannungen der Energiespeichereinrichtungen zu erfassen; und eine Abschätzeinheit, die ausgebildet ist, eine Ladungsmengendifferenz zwischen mindestens zwei der Energiespeichereinrichtungen abzuschätzen, wobei ein Referenzzeitpunkt T0 während einer Konstantstromladung der mehreren Energiespeichereinrichtungen im Falle, dass eine der zwei Energiespeichereinrichtungen, deren Spannung relativ klein ist, als eine Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung betrachtet wird, und die anderen der beiden Energiespeichereinrichtungen, deren Spannung relativ hoch ist, als eine Energiespeichereinrichtung mit hoher Spannung angenommen wird, die Abschätzeinheit ausführt: einen Zielspannungseinstellvorgang bzw. Zielspannungsfestlegungsvorgang zur Einstellung bzw. Festlegung einer Spannung der Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung als eine Zielspannung V0, die von der Spannungserfassungseinheit zum Referenzzeitpunkt T0 erfasst wird; einen Zeitermittlungsvorgang zum Ermitteln eines Zeitpunkts, an welchem eine Spannung der Energiespeicherrichtung mit hoher Spannung die Zielspannung V0 erreicht; und einen Ladungsmengendifferenzabschätzvorgang zum Abschätzen der Differenz der Ladungsmenge bzw. des Ladezustand zwischen den mindestens zwei Energiespeichereinrichtungen auf der Grundlage des Referenzzeitpunkts T0, des während des Zeitermittlungsvorgangs ermittelten Zeitpunkts und eines Stroms, der durch die mehreren Energiespeichereinrichtungen während der Konstantstromladung fließt.
Durch Einstellung bzw. Festlegung einer Spannung der einen der beiden Energiespeichereinrichtungen, deren Spannung gering ist, als eine Sollspannung bzw. Zielspannung, ist es möglich, den Zeitpunkt zuverlässig zu ermitteln, an welchem die Zielspannung erreicht wird, da die Spannung der anderen Energiespeichereinrichtung (eine Energiespeichereinrichtung, deren Spannung relativ hoch ist) die Zielspannung bereits erreicht hat. Damit ist es möglich, den Zeitunterschied zwischen Zeitpunkten für das Erreichen der Zielspannung für die zwei Energiespeichereinrichtungen zu berechnen und zuverlässig den Unterschied des Ladezustands bzw. der Ladungsmengen auf der Grundlage der Zeitdifferenz abzuschätzen. Dabei schließt der Referenzzeitpunkt T0 während des Konstantstromladens einen Zeitpunkt am Ende der Konstantstromladung mit ein. Indessen ändert sich während der Konstantspannungsladung der durch die Energiespeichereinrichtung fließende Strom kontinuierlich. Daher können die Energiespeichereinrichtungen unterschiedliche Stromwerte zu dem Zeitpunkt, an welchem die Zielspannung erreicht wird, aufweisen und ihre Ladezustände, wenn ihre Spannungen die Zielspannung erreicht haben, sind kaum als gleich zu betrachten. Daher ist es im Falle einer Konstantspannungsladung schwierig, die Differenzen der Ladungsmenge auf der Grundlage der Zeitunterschiede zwischen den Zeitpunkten, an denen die Spannungen der Energiespeichereinrichtungen die Zielspannung erreichen, abzuschätzen. Da andererseits im Falle der Kontaktstromladung, wenn die Spannungen der Energiespeichereinrichtungen die Zielspannung erreichen, die Stromwerte gleich sind, werden ihre Ladezustände, wenn ihre Spannungen die Zielspannung erreicht haben, als gleich betrachtet. Daher ist es durch Multiplikation der Zeitdifferenzen zwischen den Zeitpunkten, an denen die Spannungen der Energiespeichereinrichtungen die Zielspannung erreichen, mit dem Stromwert der Konstantstromladung möglich, die Ladungsmengendifferenz zwischen den Energiespeichereinrichtungen abzuschätzen. Insbesondere kann die hierin offenbarte Technik angewendet werden, wenn eine Konstantstromladung ausgeführt wird.
Ferner kann die hierin offenbarte Zustandsabschätzeinrichtung so ausgebildet sein, dass die mehreren Energiespeichereinrichtungen drei oder mehr Energiespeichereinrichtungen mit einschließen und wenn eine der mehreren Energiespeichereinrichtungen, deren Spannung zum Referenzzeitpunkt T0 am niedrigsten ist, als die Energiespeichereinrichtung mit der niedrigsten Spannung betrachtet wird, die Abschätzeinheit: in dem Zielspannungseinstellvorgang eine Spannung der Energiespeichereinrichtung mit der niedrigsten Spannung als die Zielspannung V0 festlegt; in dem Zeitermittlungsvorgang Zeitpunkte ermittelt, an welchen Spannungen der mehreren Energiespeichereinrichtungen, die nicht die Energiespeichereinrichtung mit der niedrigsten Spannung sind, die Zielspannung V0 erreichen; und in dem Ladungsmengendifferenzabschätzvorgang die Landungsmengendifferenzen zwischen den mehreren Energiespeichereinrichtungen auf der Grundlage des Referenzzeitpunkts T0, der in dem Zeitermittlungsvorgang ermittelten Zeitpunkte und einem Strom abschätzt, der durch die mehreren Energiespeichereinrichtungen während der Konstantstromladung fließt. Durch die Festlegung der Spannung derjenigen Energiespeichereinrichtung, deren Spannung zum Referenzzeitpunkt T0 am niedrigsten ist, als die Zielspannung ist es möglich, die Zeitpunkte zuverlässig zu ermitteln, an denen die Spannungen der mehreren Energiespeichereinrichtungen die Zielspannung erreichen.
Ferner kann die hierin offenbarte Zustandsabschätzeinrichtung derart ausgebildet sein, dass die Abschätzeinheit: einen Zeitdifferenzberechnungsvorgang zur Berechnung von Zeitdifferenzen zwischen dem Referenzzeitpunkt T0 und den Zeitpunkten ausführt, die in dem Zeitermittlungsvorgang ermittelt werden; und in dem Ladungsmengendifferenzabschätzvorgang die Unterschiede in der Ladungsmenge zwischen der Energiespeichereinrichtung mit der niedrigsten Spannung und den Energiespeichereinrichtungen, die nicht die Energiespeichereinrichtung mit der niedrigsten Spannung sind, auf der Grundlage der Zeitdifferenzen abschätzt, die in dem Zeitdifferenzberechnungsvorgang berechnet werden. Mit einem derartigen Aufbau ist es möglich, die Ladungsmengendifferenzen zwischen den Energiespeichereinrichtungen auf der Grundlage der Energiespeichereinrichtung mit der niedrigsten Spannung abzuschätzen.
Ferner kann die hierin offenbarte Zustandsabschätzeinrichtung so ausgebildet sein, dass die mehreren Energiespeichereinrichtungen drei oder mehr Energiespeichereinrichtungen umfassen, und wenn eine der mehreren Energiespeichereinrichtungen, deren Spannung zum Referenzzeitpunkt T0 am höchsten ist, als die Energiespeichereinrichtung mit der höchsten Spannungen angenommen wird, die Abschätzeinheit: in dem Zielspannungseinstellvorgang Spannungen der mehreren Energiespeichereinrichtungen, die nicht die Energiespeichereinrichtung mit der höchsten Spannung sind, als Zielspannungen V0 einstellt; in dem Zeitermittlungsvorgang Zeitpunkte ermittelt, an denen eine Spannung der Energiespeichereinrichtung mit der höchsten Spannung die Zielspannungen V0 erreicht, die in dem Zielspannungseinstellvorgang eingestellt worden sind; und in dem Ladungsmengendifferenzabschätzvorgang die Ladungsmengendifferenzen zwischen den mehreren Energiespeichereinrichtungen auf der Grundlage des Referenzzeitpunkts T0, den in dem Zeitermittlungsvorgang ermittelten Zeitpunkten und einem Strom abschätzt, der durch die mehreren Energiespeichereinrichtungen während der Konstantstromladung fließt.
Um die Zeitpunkte zu ermitteln, an denen die Spannungen der Energiespeichereinrichtungen die Zielspannung V0 erreichen, ist es erforderlich, die zeitliche Änderung der Spannungen der Energiespeichereinrichtungen aufzuzeichnen. Gemäß dem vorhergehenden Aufbau ist es erforderlich, nur die zeitliche Änderung der Spannung der Energiespeichereinrichtung zu ermitteln, deren Spannung am höchsten ist, und es daher möglich, die aufzuzeichnende Datenmenge zu reduzieren.
Ferner kann die hierin offenbarte Zustandsabschätzeinrichtung derart ausgebildet sein, dass, wenn eine der mehreren Energiespeichereinrichtungen, deren Spannung zum Referenzzeitpunkt T0 am niedrigsten ist, als eine Energiespeichereinrichtung mit der niedrigsten Spannung angenommen wird, die Abschätzeinheit: einen Zeitdifferenzberechnungsvorgang zur Berechnung einer Zeitdifferenz zwischen einem Zeitpunkt T1 und dem Referenzzeitpunkt T0 und von Zeitdifferenzen zwischen dem Zeitpunkt T1 und den Zeitpunkten, die nicht der Zeitpunkt T1 sind, die in dem Zeitermittlungsvorgang ermittelt werden, ausführt, wobei der Zeitpunkt T1 ein Zeitpunkt ist, an welchem eine Spannung der Energiespeichereinrichtung mit der höchsten Spannung die Zielspannung V0 der Energiespeichereinrichtung mit der niedrigsten Spannung erreicht; und in dem Ladungsmengendifferenzabschätzvorgang die Ladungsmengendifferenzen zwischen der Energiespeichereinrichtung mit der niedrigsten Spannung und der Energiespeichereinrichtung von den mehreren Energiespeichereinrichtungen, die nicht die Energiespeichereinrichtung mit der niedrigsten Spannung sind, auf der Grundlage der Zeitdifferenzen abschätzt, die in dem Zeitdifferenzberechnungsvorgang berechnet werden. Mit einem derartigen Aufbau ist es möglich, die Ladungsmengendifferenzen zwischen den Energiespeichereinrichtungen auf der Grundlage der Energiespeichereinrichtung mit der niedrigsten Spannung abzuschätzen.
Ein hierin offenbartes Energiespeichermodul weist auf: die mehreren Energiespeichereinrichtungen; und die zuvor beschriebene Zustandsabschätzeinrichtung.
Ein hierin offenbartes Fahrzeug weist auf: das Energiespeichermodul, wie es zuvor beschrieben ist; und einen Fahrzeugverbraucher, dem aus dem Energiespeichermodul Leistung zugeführt wird.
Ein Zustandsabschätzverfahren, das hierin offenbart ist, ist ein Zustandsabschätzverfahren zur Abschätzung eines Zustands mehrerer Energiespeichereinrichtungen, wobei das Verfahren umfasst: an einem Referenzzeitpunkt T0 während einer Konstantstromladung von den mehreren Energiespeichereinrichtungen, Einstellen bzw. Festlegen einer Spannung einer Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung als eine Zielspannung V0, wobei eine der mindestens zwei der mehreren Energiespeichereinrichtungen die Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung ist, deren Spannung relativ gering ist, und die andere der beiden Energiespeichereinrichtungen eine Energiespeichereinrichtung mit hoher Spannung ist, deren Spannung relativ hoch ist; Ermitteln eines Zeitpunkts, an welchem eine Spannung der Energiespeichereinrichtung mit hoher Spannung die Zielspannung V0 erreicht; und Abschätzen einer Ladungsmengendifferenz zwischen den mindestens zwei Energiespeichereinrichtungen auf der Grundlage des Referenzzeitpunkts T0, des bei der Zeitermittlung ermittelten Zeitpunktes und eines Stroms, der durch die mehreren Energiespeichereinrichtungen während der Konstantstromladung fließt.
Die hierin offenbarte Technik kann beispielsweise auf ein Computerprogramm zur Abschätzung eines Zustands mehrerer Energiespeichereinrichtungen angewendet werden.
<Erste Ausführungsform>
Mit Verweis auf 1 bis 5 wird eine erste Ausführungsform beschrieben, in der die hierin offenbarte Technik auf ein Ladesystem 10 angewendet wird.
1. Aufbau des Ladesystems 10
Wie in 1 dargestellt ist, weist das Ladesystem 10 eine zusammengesetzte Batterie 30, eine Batterieverwaltungseinrichtung 50 (im Weiteren als BM bezeichnet), die die zusammengeführte Batterie 30 steuert, und eine Batterieladeeinrichtung (Leistungsgenerator) 11 zum Laden der zusammengesetzten Batterie 30 auf.
Die zusammengesetzte Batterie 30 weist mehrere Sekundärbatterien 31 auf, die in Reihe geschaltet sind. Wie in 1 dargestellt ist, weist die BM 50 eine Steuerung 60, eine Entladeschaltung 70, eine Spannungserfassungsschaltung 80, einen Stromsensor 40 und einen Temperatursensor 95 auf. Die Entladeschaltung 70 ist für jede der Sekundärbatterien 31 vorgesehen. Wie in 2 dargestellt ist, weist die Entladeschaltung 70 einen Entladewiderstand R und einen Entladeschalter SW auf und ist parallel zu den Sekundärbatterien 31 geschaltet. Durch Zuleitung eines Befehls aus der Steuerung 60 zum Einschalten des Entladeschalters SW können die Sekundärbatterien 31 getrennt entladen werden.
Wie in 1 dargestellt ist, ist die Spannungserfassungsschaltung 80 über eine Erfassungsleitung mit beiden Enden der Sekundärbatterien 31 verbunden und dient der Messung einer Spannung jeder der Sekundärbatterien 31 in Reaktion auf einen Befehl aus der Steuerung 60. Der Temperatursensor 95 ist ein Kontaktsensor oder ein kontaktfreier Sensor und dient der Messung der Temperatur der Sekundärbatterien 31. Dabei sind die Sekundärbatterien 31 ein Beispiel von „Energiespeichereinrichtungen” und die BM 50 ist ein Beispiel einer „Zustandsabschätzeinrichtung”. Ferner ist die Spannungserfassungsschaltung 80 ein Beispiel einer „Spannungserfassungseinheit”.
Der Stromsensor 40 dient zur Erfassung eines Stroms, der durch die Sekundärbatterien 31 fließt. Der Stromsensor 40 ist so ausgebildet, dass er Stromwerte der Sekundärbatterien 31 mit konstanter Frequenz misst und Daten für den gemessenen Stromwert an die Steuerung 60 übermittelt. Die Sekundärbatterien 31 und der Stromsensor 40 sind über eine Verdrahtung 35 in Reihe geschaltet und mit der Batterieladeeinrichtung 11 verbunden.
Die Steuerung 60 weist eine zentrale Recheneinheit (im Weiteren als eine CPU bezeichnet) 61, einen Speicher 63 und eine Zeitgebereinheit 64 auf. Die Steuerung 60 dient zur Steuerung der Entladeschaltung 70, um die Ladungsmengen aller Sekundärbatterien 31 auszugleichen. Der Begriff „Ausgleichung bzw. Ausgleich” hierin bezeichnet einen Fall des Angleichens der Ladungsmengen der Sekundärbatterien 31 sowie den Fall der Verringerung einer Differenz bzw. eines Unterschieds zwischen den Ladungsmengen der Sekundärbatterien 31. Dabei ist die Steuerung 60 ein Beispiel einer ”Abschätzeinheit”.
Der Speicher 63 enthält ein Computerprogramm zur Ausführung eines Vorgangs zum Ausgleich von Ladungsmengen der Sekundärbatterien 31 („Sequenz zur Ausführung einer Ausgleichssteuerung”, die später beschrieben ist) und dergleichen. Die Zeitgebereinheit 64 dient zur Zeitüberwachung der zusammengesetzten Batterie 30 während des Ladens. Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Komponenten weist das Ladesystem 10 eine Bedieneinheit (nicht dargestellt) zur Aufnahme einer Eingabe von einem Bediener und eine Anzeigeeinheit (nicht dargestellt) zur Anzeige von Zuständen und dergleichen aller Sekundärbatterien 31 auf.
Jede Sekundärbatterie 31 ist beispielsweise eine Eisen-Phosphat-basierte Lithiumionensekundärbatterie, die Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4) als positives aktives Material und Graphit als ein negatives aktives Material enthält. 3 zeigt die Charakteristik einer SOC-OCV-Korrelation der Sekundärbatterie 31. Wie in 3 dargestellt ist, enthält die Sekundärbatterie 31 ein Gebiet mit geringer Änderung, in welchem ein Änderungsbetrag der OCV in Bezug zu einem Änderungsbetrag des SOC relativ gering ist, und ein Gebiet mit großer Änderung, in welchem ein Änderungsbetrag der OCV in Bezug zu einem Änderungsbetrag des SOC relativ groß ist.
Insbesondere enthält, wie in 3 dargestellt ist, die Sekundärbatterie 31 ein Gebiet, in welchem die OCV (Lehrlaufspannung) rasch anwächst in Bezug zu einem Anstieg des SOC (Gebiet mit hoher Änderung) in einer frühen Phase des Ladens (eine Endphase des Entladens), in welchem der SOC niedriger als 10% ist, und in einer Endphase des Ladens, in welcher der SOC 90% oder höher ist. Ferner beinhaltet die Sekundärbatterie 31 ein Gebiet, in welchem die OCV im Wesentlichen konstant ist in Bezug zum Anstieg des SOC (Gebiet mit kleiner Änderung, Plateau-Gebiet) in einer mittleren Phase des Ladens (einer mittleren Phase des Entladens), wobei der SOC 10% oder höher und kleiner als 90% ist.
Wenn es einen Unterschied in der Ladungsmenge (ein Unterschied in den Restkapazitäten) in den mehreren Sekundärbatterien 31 gibt, die eine derartige Charakteristik besitzen, tritt eine Überspannung in der Endphase des Ladens in einer der Sekundärbatterien 31 auf, deren Ladungsmenge relativ groß ist, und dies kann eine Alterung bzw. Schädigung hervorrufen. Daher wird die Ausgleichssteuerung für die zusammengesetzte Batterie 30 häufig, beispielsweise vor der Auslieferung, eingesetzt.
Wenn dabei die zusammengesetzte Batterie 30 unter Anwendung einer Anlage geladen wird, die in der Lage ist, Spannungen der Sekundärbatterien 31 getrennt zu steuern, ist es möglich, das Auftreten einer Überspannung in einer speziellen Batterie der Sekundärbatterien 31 zu vermeiden. Jedoch wird die zusammengesetzte Batterie 30 häufig ohne die Verwendung einer derartigen Anlage eingesetzt. Durch den Ausgleich von Ladungsmengen der Sekundärbatterien 31 ist es möglich, das Auftreten einer Überspannung in den Sekundärbatterien 31 zu vermeiden, selbst wenn eine Anlage, die Spannungen der Sekundärbatterien 31 getrennt steuern kann, nicht bereitgestellt ist.
2. Sequenz für die Ausführung der Ausgleichssteuerung
Als Nächstes wird eine Sequenz zur Ausführung einer Ausgleichssteuerung für die zusammengesetzte Batterie 30 beschrieben. Die Sequenz zur Ausführung der Ausgleichssteuerung, die in 4 gezeigt ist, beinhaltet Schritte S10 bis S90. Insbesondere wird in dieser Ausführungsform eine Ladungsmengendifferenz der Sekundärbatterien 31 abgeschätzt, nachdem eine Konstantstromladung an der zusammengesetzten Batterie 30 vorgenommen wird, und es wird ein Ausgleichsvorgang auf der Grundlage der Ladungsmengendifferenz ausgeführt. Dabei wird die Ausgleichssteuerung an der zusammengesetzten Batterie 30 beispielsweise vor der Auslieferung durchgeführt, aber der Zeitpunkt, an welchem die Ausgleichssteuerung ausgeführt wird, ist nicht auf den Zeitpunkt vor der Auslieferung beschränkt. Des Weiteren beschreibt das Folgende ein Beispiel, in welchem die zusammengesetzte Batterie 30 vier Sekundärbatterien 31 aufweist.
<Vorgang während der Konstantstromladung>
Wenn, wie in 4 gezeigt ist, beispielsweise die zusammengesetzte Batterie 30 mit der Batterieladeeinrichtung 11 durch einen Bediener verbunden wird und eine Konstantstromladung der zusammengesetzten Batterie 30 über die Batterieladeeinrichtung 11 beginnt (S10), dann zeichnet die CPU 61 Spannungswerte der Sekundärbatterien 31 in dem Speicher 63 auf (S20). Insbesondere zeichnet die CPU 61 die von der Zeitgebereinheit 64 vorgegebene Zeit auf (beispielsweise eine Zeit auf der Grundlage eines Zeitpunkts, wenn die Konstantstromladung beginnt) und zeichnet die Spannungswerte der Sekundärbatterien 31 zugeordnet zu dieser Zeit in dem Speicher 63 auf. Anschließend nach Beendigung der Konstantstromladung der zusammengesetzten Batterie 30 mittels der Batterieladeeinrichtung 11 (S30) beendet die CPU 61 die Aufzeichnung der Spannungswerte der Sekundärbatterien 31 (S40).
In den Schritten S50 bis S80 wird ein Vorgang zur Abschätzung der Ladungsmengendifferenz der mehreren Sekundärbatterien 31 (Zustandsabschätzverfahren) auf der Grundlage der in S40 aufgezeichneten Spannungswerte ausgeführt. Die Schritte S50 bis S80 werden mit Bezug zu einem Beispiel einer zeitlichen Änderung der Spannungswerte der vier Sekundärbatterien 31 beschrieben (siehe 5). 5 zeigt einen Graphen, der die zeitliche Änderung der Spannungswerte der Sekundärbatterien 31 in der Endphase der Konstantstromladung zeigt. Dabei sind die in 5 gezeigten Werte nur Beispiele und sind keine Beschränkung für diese Ausführungsform. Ferner zeigt 5 die vier Sekundärbatterien 31 derart, dass sie unterschiedliche Spannungswerte (und somit Ladungsmengen bzw. Ladezustände) haben. In der folgenden Beschreibung werden die vier Sekundärbatterien 31 durch Bezugszeichen 31A–31D in absteigender Reihenfolge entsprechen der Spannung bezeichnet.
<Zielspannungseinstellvorgang>
Als nächstes stellt die CPU 61 als eine Zielspannung V0 eine Spannung derjenigen Sekundärbatterie 31D ein, deren Spannung an einem Zeitpunkt am niedrigsten ist (beispielsweise 3,529 V in 5), an welchem die Konstantstromladung endet (im Weiteren als der Referenzzeitpunkt T0 bezeichnet (siehe 5) (S50). Dabei ist die Sekundärbatterie 31D ein Beispiel einer „Energiespeichereinrichtung mit niedrigster Spannung” und einer „Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung”. Ferner ist jede der Sekundärbatterien 31A–31C ein Beispiel einer „Energiespeichereinrichtung mit hoher Spannung”. Ferner ist der Referenzzeitpunkt T0 ein Beispiel des „Referenzzeitpunkts während der Konstantstromladung”. In dieser Ausführungsform ist ein Zustand für das Beenden des Ladens, ohne darauf eingeschränkt zu sein, eine Spannung der Sekundärbatterie 31A, deren Spannung am höchsten ist und 3,61 V erreicht.
<Zeitermittlungsvorgang>
Als Nächstes ermittelt die CPU 61 entsprechend Zeitpunkte T1–T3, an denen Spannungen der Sekundärbatterien 31A–31C, die nicht die Sekundärbatterie 31D sind, die Zielspannung V0 erreichen (S60).
<Zeitdifferenzberechnungsvorgang>
Als Nächstes berechnet die CPU 61 jeweils Zeitdifferenzen DT1 – DT3 zwischen dem Referenzzeitpunkt T0 und den Zeitpunkten T1–T3, die in dem Zeitermittlungsvorgang ermittelt werden (S70). Die Zeitdifferenzen DT1 – DT3 werden auf der Grundlage entsprechend der folgenden Ausdrücke (1) bis (3) berechnet. Zeitdifferenz DT1 = Zeit T0 – Zeit T1 (1) Zeitdifferenz DT2 = Zeit T0 – Zeit T2 (2) Zeitdifferenz DT3 = Zeit T0 – Zeit T3 (3)
<Ladungsmengendifferenzabschätzvorgang>
Als Nächstes schätzt die CPU 61 die Ladungsmengendifferenzen zwischen der Sekundärbatterie 31D und den jeweiligen Sekundärbatterien 31A–31C auf der Grundlage der Zeitdifferenzen DT1 – DT3 ab (S80). Die Ladungsmengendifferenzen können jeweils erhalten werden, indem die Zeitdifferenz mit dem Ladestrom multipliziert wird. Wenn insbesondere die Ladungsmengendifferenz zwischen der Sekundärbatterie 31D und der Sekundärbatterie 31A gleich DC1 ist, die Ladungsmengendifferenz zwischen der Sekundärbatterie 31D und der Sekundärbatterie 31B gleich DC2 ist und wenn die Ladungsmengendifferenz zwischen der Sekundärbatterie 31D und der Sekundärbatterie 31C gleich DC3 ist, dann werden die Ladungsmengendifferenzen DC1 – DC3 auf der Grundlage jeweils der folgenden Ausdrücke (4) bis (6) berechnet. Ladungsmengendifferenz DC1 = Zeitdifferenz DT1·Ladestrom ZI (4) Ladungsmengendifferenz DC2 = Zeitdifferenz DT2·Ladestrom ZI (5) Ladungsmengendifferenz DC3 = Zeitdifferenz DT3·Ladestrom ZI (6)
In den vorhergehenden Ausdrücken (4) bis (6) ist der Ladestrom ZI ein Strom, der durch die zusammengesetzte Batterie 30 während des Konstantstromladens fließt und beispielsweise durch den Stromsensor 40 gemessen wird.
<Ausgleichsvorgang>
Als Nächstes gleicht die CPU 61 die Ladungsmengen der Sekundärbatterien 31 durch Aktivierung der Entladeschaltung 70 aus (S90). Insbesondere berechnet die CPU 61 Entladezeitdauern der Sekundärbatterien 31A–31C jeweils auf der Grundlage der Ladungsmengendifferenzen DC1 – DC3 und dem Entladestrom, der festgelegt worden ist, und schaltet den Entladeschalter SW, der den Sekundärbatterien 31A–31C entspricht, nur während der Entladezeitdauer ein, um die Entladung getrennt auszuführen. Dadurch werden die Sekundärbatterien 31A–31C entladen, und die Ladungsmengen dieser Batterien werden der Ladungsmenge der Sekundärbatterien 31D angeglichen.
3. Wirkungen dieser Ausführungsform
Als Nächstes werden Wirkungen dieser Ausführungsform beschrieben. Wie zuvor beschrieben ist, können durch Einstellung bzw. Festlegung der Spannung der Sekundärbatterie 31D, deren Spannung zum Referenzzeitpunkt T0 am niedrigsten ist, als die Zielspannung V0 die Zeitpunkte T1–T3, an denen die Spannungen der anderen Sekundärbatterien 31A–31C mit Spannungen, die höher sind als diejenige der Sekundärbatterie 31D, die Zielspannung V0 erreicht haben, zuverlässig ermittelt werden, da die Spannungen dieser Batterien die Zielspannung V0 bereits erreicht haben. Damit ist es möglich, die Zeitdifferenzen DT1 – DT3 zuverlässig zu ermitteln, die die Zeitpunkte T1–T3 betreffen, an denen die Spannungen der Batterien die Zielspannung V0 erreicht haben, und die Ladungsmengendifferenzen DC1 – DC3 zwischen den mehreren Sekundärbatterien 31 auf der Grundlage der Zeitdifferenzen DT1 – DT3 abzuschätzen.
Wenn dabei ein statischer Wert als die Zielspannung genommen wird, sind die folgenden Probleme vorstellbar. Wenn beispielsweise die Zielspannung auf einen statischen Wert eingestellt wird, der relativ hoch ist (beispielsweise 3,55 V, wie in 5 gezeigt ist), dann erreicht ggf. die Spannung der Sekundärbatterien 31, deren Spannung niedrig ist (beispielsweise der Sekundärspannung 31D) die Zielspannung nicht. Folglich ist es nicht möglich, die Ladungsmengendifferenzen zwischen der Sekundärbatterie 31D und den anderen Sekundärbatterien 31 abzuschätzen. Wenn die Zielspannung auf einen niedrigeren statischen Wert (beispielsweise 3,45 V, wie in 5 gezeigt ist) eingestellt wird, ist es bei Berücksichtigung der vorhergehenden Situation schwierig, die Ladungsmengendifferenzen abzuschätzen, da es nur eine geringe Differenz zwischen den Spannungen der Sekundärbatterien 31 gibt. Im Gegensatz dazu wird gemäß dieser Ausführungsform die geeignete Zielspannung V0 auf der Grundlage des Spannungswertes eingestellt bzw. festgelegt, der während der Konstantstromladung gemessen wird, und daher ist es möglich, die Ladungsmengendifferenzen für die mehreren Sekundärbatterien 31 abzuschätzen.
<Zweite Ausführungsform>
Mit Verweis auf 6 und 7 wird anschließend eine zweite Ausführungsform beschrieben. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Abfolge des Ausführens der Ausgleichssteuerung. Dabei werden gleiche Komponenten wie in der ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Abfolge für die Ausführung der in 6 gezeigten Ausgleichssteuerung umfasst die Schritte S110 bis S200. Ferner wird in der folgenden Beschreibung die zeitliche Änderung von Spannungswerten der vier Sekundärbatterien 31 (Bezugszeichen 31A–31D) in einer Endphase des Ladens (siehe 7) als ein Beispiel verwendet.
<Vorgang während der Konstantstromladung>
Wenn, wie in 6 dargestellt ist, die zusammengesetzte Batterie 30 mit der Batterieladeeinrichtung 11 durch einen Bediener verbunden wird und eine Konstantstromladung der zusammengesetzten Batterie 30 mittels der Batterieladeeinrichtung 11 beginnt (S110), dann zeichnet die CPU 61 einen Spannungswert der Sekundärbatterie 31A, deren Spannung am höchsten ist, in dem Speicher 63 auf (S120). Ferner zeichnet die CPU 61 für die Sekundärbatterien 31B–31D Spannungen in dem Speicher 63 auf, unmittelbar bevor die Konstanstromladung endet (S130). Bei Beendigung der Konstantstromladung der zusammengesetzten Batterie 30 mittels der Batterieladeeinrichtung 11 (S140) beendet sodann die CPU 61 die Aufzeichnung des Spannungswertes der Sekundärbatterie 31A (S150).
<Zielspannungseinstellvorgang>
Als Nächstes stellt die CPU 61 als die Zielspannung V0 Spannungen jeweils der Sekundärbatterien 31B–31D (die Sekundärbatterien, die nicht die Sekundärbatterie 31A sind) zum Referenzzeitpunkt T0 ein, wenn die Konstantstromladung endet (siehe 7) (S160). Dabei ist die Sekundärbatterie 31A ein Beispiel der „Energiespeichereinrichtung mit höchster Spannung” und der „Energiespeichereinrichtung mit hoher Spannung”. Ferner ist jede der Sekundärbatterien 31B–31C ein Beispiel der „Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung” und die Sekundärbatterie 31D ist ein Beispiel der „Energiespeichereinrichtung mit niedrigster Spannung” und der „Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung”.
<Zeitermittlungsvorgang>
Als nächstes ermittelt die CPU 61 Zeitpunkte (Zeitpunkte T1, T4 und T5), an denen jeweils die Spannung der Sekundärbatterie 31A die Zielspannung V0 erreicht (S170). An dem in 7 gezeigten Zeitpunkt T1 erreicht die Spannung der Sekundärbatterie 31A die Spannung der Sekundärbatterie 31D zum Referenzzeitpunkt T0 (die Zielspannung V0) für die Sekundärbatterie 31D). Insbesondere ist der Zeitpunkt T1 (erster Zeitpunkt) ein Beispiel eines „Zeitpunkts, an welchem die Spannung der Energiespeichereinrichtung mit höchster Spannung die Zielspannung V0 der Energiespeichereinrichtung mit niedrigster Spannung erreicht”. Ferner erreicht an dem in 7 gezeigten Zeitpunkt T4 die Spannung der Sekundärbatterie 31A die Spannung der Sekundärbatterie 31C zum Referenzzeitpunkt T0 (die Zielspannung V0 für die Sekundärbatterie 31C). Des Weiteren erreicht an dem in 7 gezeigten Zeitpunkt T5 die Spannung der Sekundärbatterie 31A die Spannung der Sekundärbatterie 31B zum Referenzzeitpunkt T0 (die Zielspannung V0 für die Sekundärbatterie 31B).
<Zeitdifferenzberechnungsvorgang>
Als nächstes berechnet die CPU 61 die Zeitdifferenzen DT4 – DT6 zwischen dem Zeitpunkt T1 und dem Referenzzeitpunkt T0, dem Zeitpunkt T5 und dem Zeitpunkt T4 (S180). Insbesondere werden in dieser Ausführungsform die Zeitdifferenzen auf der Grundlage des Zeitpunkts T1 berechnet. Die Zeitdifferenzen DT4 – DT6 werden auf der Grundlage der folgenden Ausdrücke (7) bis (9) entsprechend berechnet. Dabei sind der Zeitpunkt T5 und der Zeitpunkt T4 ein Beispiel eines „Zeitpunkts, der nicht der Zeitpunkt T1 ist, der in dem Zeitermittlungsvorgang ermittelt wird”. DT4 = T0 – T1 (7) DT5 = T5 – T1 (8) DT6 = T4 – T1 (9)
<Ladungsmengendifferenzabschätzvorgang>
Als nächstes schätzt die CPU 61 die Ladungsmengendifferenzen zwischen der Sekundärbatterie 31D und den jeweiligen Sekundärbatterien 31A–31C auf der Grundlage der Zeitdifferenzen DT4 – DT6 und dem Ladestrom ab (S190). Insbesondere wenn die Ladungsmengendifferenz zwischen der Sekundärbatterie 31D und der Sekundärbatterie 31A gleich DT4 ist, die Ladungsmengendifferenz zwischen der Sekundärbatterie 31D und der Sekundärbatterie 31B gleich DC5 ist und wenn die Ladungsmengendifferenz zwischen der Sekundärbatterie 31D und der Sekundärbatterie 31C gleich DC6 ist, werden die Ladungsmengendifferenzen DC4 – DC6 entsprechend auf der Grundlage der folgenden Ausdrücke (10) bis (12) berechnet. Ladungsmengendifferenz DC4 = Zeitdifferenz DT4·Ladestrom ZI (10) Ladungsmengendifferenz DC5 = Zeitdifferenz DT5·Ladestrom ZI (11) Ladungsmengendifferenz DC6 = Zeitdifferenz DT6·Ladestrom ZI (12)
<Ausgleichsvorgang>
Als nächstes gleicht die CPU 61 die Ladungsmengen der Sekundärbatterien 31 durch Aktivierung der Entladeschaltung 70 aus (S200). Insbesondere berechnet die CPU 61 die Entladezeitdauer der Sekundärbatterien 31A–31C entsprechend auf der Grundlage der Ladungsmengendifferenzen DC4 – DC6 und dem Entladestrom, der festgelegt worden ist, und schaltet den Entladeschalter SW, der den Sekundärbatterien 31A–31C entspricht, nur während der Entladezeitdauer ein, um eine getrennte Entladung auszuführen. Dadurch werden die Sekundärbatterien 31A–31C entladen und die Ladungsmengen dieser Batterien werden der Ladungsmenge der Sekundärbatterie 31D angeglichen.
Als nächstes werden Wirkungen dieser Ausführungsform beschrieben. In dieser Ausführungsform wird die Zielspannung V0 für jede der Sekundärbatterien 31B–31C eingestellt, und die Zeitpunkte, an denen die Spannung der Sekundärbatterie 31A jeweils die Zielspannung erreicht, werden berechnet. Dadurch ist es möglich, die Ladungsmengendifferenzen auf der Grundlage der Zeitdifferenzen an den berechneten Zeitpunkten abzuschätzen.
Um ferner die Ladungsmengendifferenzen auf der Grundlage der Zeitdifferenzen abzuschätzen, ist es erforderlich, die Zeitpunkte, an denen die Spannungen der Sekundärbatterien 31 die Zielspannung V4 erreichen, zu ermitteln und daher die zeitliche Änderung der Spannungen der Sekundärbakterien 31 aufzuzeichnen. Gemäß der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform ist es erforderlich, die Zeitpunkte, an denen die Spannungen der Sekundärbatterien 31A, 31B und 31C die Zielspannung V0 erreichen, zu ermitteln und die zeitliche Änderung der Spannungen der Sekundärbatterien 31A, 31B und 31C aufzuzeichnen. Demgegenüber ist es gemäß dieser Ausführungsform erforderlich, lediglich die zeitliche Änderung der Spannung der Sekundärbatterie 31A zu ermitteln, deren Spannung am höchsten ist, und daher ist es möglich, die aufzuzeichnende Datenmenge zu reduzieren.
<Dritte Ausführungsform>
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform, in der die hierin offenbarte Technik auf ein Fahrzeug, etwa ein Automobil 110, angewendet wird, mit Verweis auf 8 bis 11 beschrieben. Dabei werden gleiche Komponenten wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Wie in 8 dargestellt ist, weist das Automobil 110 einen Fahrzeugverbraucher 112, ein Batteriemodul 130 (Energiespeichermodul), das mit dem Fahrzeugverbraucher 112 verbunden ist, eine fahrzeugseitige elektronische Steuerung 113 (ECU), die die Funktion des Fahrzeugverbrauchers 112 steuert, und einen Leistungsgenerator 111 für ein Fahrzeug auf (siehe 9). Dabei schließen Beispiele des Fahrzeugverbrauchers 112 einen Anlassermotor zum Starten eines Verbrennungsmotors, einen Scheinwerfer, ein Innenlicht, eine Audio-Einrichtung, eine Uhr und eine Sicherheitseinrichtung mit ein.
Wie ferner in 9 dargestellt ist, ist der Fahrzeugverbraucher 112 mit dem Batteriemodul 130 und dem Leistungsgenerator 110 verbunden und ist ausgebildet durch Zufuhr von Leistung aus dem Batteriemodul 130 und dem Leistungsgenerator 111 zu arbeiten. Ferner ist der Leistungsgenerator 111 ausgebildet, Leistung dadurch zu erzeugen, dass er durch Antrieb aus dem Verbrennungsmotor des Automobils 110 in Drehung versetzt wird. Wenn ferner die Größe der Leistungserzeugung durch den Leistungsgenerator 111 größer ist als der Betrag der Leistungsaufnahme durch den Fahrzeugverbraucher 112, beispielsweise während der Fahrt des Fahrzeugs, wird Leistung von dem Leistungsgenerator 111 dem Fahrzeugverbraucher 112 zugeführt und das Batteriemodul 130 wird durch die überschüssige Leistung geladen. Insbesondere dient der Leistungsgenerator 111 als die Batterieladeeinrichtung zum Laden des Batteriemoduls 130.
Die fahrzeugseitige elektronische Steuerung 113 ist mit dem Fahrzeugverbraucher 112, dem Leistungsgenerator 111, dem Batteriemodul 130 und dergleichen über eine Kommunikationsleitung verbunden und steuert den Fahrzeugverbraucher 112 auf der Grundlage eines Zustands des Automobils 110, eines Zustands des Batteriemoduls 130 und dergleichen.
Wie in 9 dargestellt ist, weist das Batteriemodul 130 gemäß dieser Ausführungsform die mehreren Sekundärbatterien 31, die BM 50 und ein Batteriegehäuse 131 zur Aufnahme der mehreren Sekundärbatterien 31 und der BM 50 auf. Ferner weist die Steuerung 60 gemäß dieser Ausführungsform eine Kommunikationseinheit 165 auf, die in der Lage ist, mit der fahrzeugseitigen elektronischen Steuerung 113 eine Kommunikation auszuführen.
Das Batteriegehäuse 131 ist beispielsweise aus Kunstharz hergestellt und hat eine Blockform, wie in 10 dargestellt ist. Ferner weist, wie in 11 dargestellt ist, das Batteriegehäuse 131 einen Gehäusehauptkörper 132 mit einer Öffnung auf einer Oberseite, ein Positionierelement 133 zum Positionieren der mehreren Sekundärbatterien 31, eine innere Abdeckung 134, die auf der Oberseite des Gehäusehauptkörpers 132 angebracht ist, und eine obere Abdeckung 135 auf, die auf der Oberseite der inneren Abdeckung 134 angebracht ist. Dabei ist in 10 und 11 in einem Zustand, in welchem das Batteriegehäuse 131 ohne Neigung in Bezug zu einer Montagefläche angeordnet ist, eine vertikale Richtung des Batteriegehäuses 131 als eine Y-Achsenrichtung bezeichnet, eine Richtung entlang einer Länge des Batteriegehäuses 131 wird als eine X-Achsenrichtung verwendet und eine Tiefenrichtung des Batteriegehäuses 131 entspricht einer Z-Achsenrichtung.
Wie in 11 dargestellt ist, sind in dem Gehäusehauptkörper 132 mehrere Zellenkammern 132A, die entsprechend die mehreren Sekundärbatterien 31 enthalten, entlang der X-Achsenrichtung angeordnet. Auf einer oberen Fläche des Positionierelements 133 sind mehrere Stromschienen 133A angeordnet. Durch das Bereitstellen des Positionierelements 133 über den mehreren Sekundärbatterien 31 innerhalb des Gehäusehauptkörpers 132 werden die mehreren Sekundärbatterien 31 durch die mehreren Stromschienen 133A positioniert und in Reihe geschaltet.
Wie in 11 dargestellt ist, kann die innere Abdeckung 134 darin eine Leiterplatte 136 enthalten. Die Leiterplatte 136 ist ausgebildet, die Steuerung 60 und die Spannungserfassungsschaltung 80 in der BM 50 zu bilden, wobei dies ein nicht beschränkendes Beispiel ist. Dabei sind die Entladeschaltung 70, der Stromsensor 40 und der Temperatursensor 95 in 11 nicht dargestellt.
Wie in 10 dargestellt ist, ist eine obere Wand 138 des Batteriegehäuses 131 im Wesentlichen in rechteckiger Form vorgesehen und wird durch die innere Abdeckung 134 und die obere Abdeckung 135 gebildet. Die obere Wand 138 ist in gestufter Form vorgesehen, wobei ein Bereich, der durch die innere Abdeckung 134 gebildet ist, tiefer liegt als ein Bereich, der durch die obere Abdeckung 135 gebildet ist. Der untere Bereich der oberen Wand 138 (der inneren Abdeckung 134) weist ein Paar aus Anschlussabschnitten 137 auf, mit denen Kabelbaumanschlüsse (nicht dargestellt) verbunden sind und die an beiden Enden der X-Achsenrichtung angeordnet sind. Die Anschlussabschnitte 137 sind aus Metall, etwa einer Bleilegierung, hergestellt und ein unterer Teil jedes Anschlussabschnitts ist in der inneren Abdeckung 134 eingebettet. Dabei ist einer der beiden Anschlussabschnitte 137 ein Anschlussabschnitt auf positiver Seite 137P und der andere ist ein Anschlussabschnitt auf negativer Seite 137N.
Wie zuvor beschrieben Ist, sind in dieser Ausführungsform die BM 50 und die mehreren Sekundärbatterien 31 in dem Batteriegehäuse 131 enthalten. Dadurch ist es möglich, die Abfolge für das Ausführen der Ausgleichssteuerung, die in der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, an dem Batteriemodul 130 vorzunehmen, das in dem Automobil 110 installiert ist.
<Andere Ausführungsformen>
Aspekte der hierin offenbarten Technik sind nicht auf die Ausführungsformen in der vorhergehenden Beschreibung mit Verweis auf die Zeichnungen beschränkt, und es können diverse Aspekte mit eingeschlossen sein, die nachfolgend beschrieben sind.

(1) In den vorhergehenden Ausführungsformen wird eine Lithiumionensekundärbatterie unter Anwendung eines positiven aktiven Materials auf Basis von Eisenphosphat als ein Beispiel der Energiespeichereinrichtung verwendet. Jedoch ist die hierin offenbarte Technik nicht auf das zuvor beschriebene Beispiel beschränkt, und es kann eine andere Sekundärbatterie als die Lithiumionensekundärbatterie oder es kann eine elektrochemische Zelle, etwa ein Kondensator in Verbindung mit elektrochemischen Phänomenen, als die Energiespeichereinrichtung verwendet werden.
(2) In den vorhergehenden Ausführungsformen wird die Steuerung 60 mit der CPU 61 als Beispiel verwendet, jedoch ist die hierin offenbarte Technik nicht auf das zuvor beschriebene Beispiel beschränkt. Die Steuerung kann einen Aufbau haben, in welchem mehrere CPUs vorgesehen sind oder die Steuerung kann eine Hardwareschaltung, etwa eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung), oder ein Mikrocomputer, ein FPGA, eine MPU oder eine Kombination davon sein. Anders ausgedrückt, die Steuerung kann einen beliebigen Aufbau haben, der in der Lage ist, die Abfolge zur Ausführung der Ausgleichssteuerung auszuführen, die in den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben ist, wobei Software oder eine Hardwareschaltung verwendet werden.
(3) In den vorhergehenden Ausführungsformen wird der Aufbau, in welchem die zusammengesetzte Batterie 30 die vier Sekundärbatterien 31 enthält, als ein Beispiel verwendet, jedoch ist die hierin offenbarte Technik nicht auf das zuvor beschriebene Beispiel beschränkt. Sofern mindestens zwei Sekundärbatterien 31 vorgesehen sind, kann die Anzahl in geeigneter Weise geändert werden.
(4) In den vorhergehenden Ausführungsformen wird der Fall, in welchem die Konstantstromladung an der zusammengesetzten Batterie 30 vorgenommen wird und anschließend der Ausgleichsvorgang auf der Grundlage des Ergebnisses der Konstantstromladung ausgeführt wird, als Beispiel verwendet, jedoch ist die offenbarte Technik nicht auf das zuvor beschriebene Beispiel beschränkt. Beispielsweise ist auch der Fall vorgesehen, in welchem Konstanststrom-Konstantspannungsladung an der zusammengesetzten Batterie 30 ausgeführt wird und anschließend der Ausgleichsvorgang auf der Grundlage eines Ergebnisses der Konstantstrom-Konstantspannungsladung ausgeführt wird. Wenn dabei die Konstantstrom-Konstantspannungsladung ausgeführt wird, ist es vorstellbar, dass Beträge (hoch und niedrig) der Spannungen der Sekundärbatterien 31, wenn die Konstantstromladung endet, und Beträge (hoch und niedrig) der Spannungen der Sekundärbatterien 31 während der Konstantspannungsladung einander entgegengesetzt sind auf Grund der individuellen Schwankung des Innenwiderstands, die jeweils für die Sekundärbatterien 31 gegeben sind. In einem derartigen Falle können die Ladungsmengendifferenzen, die auf der Grundlage der Spannungen der Sekundärbatterien 31 abgeschätzt wurden, wenn die Konstantstromladung endet, korrigiert werden, und der Ausgleichsvorgang kann auf der Grundlage des korrigierten Wertes ausgeführt werden.
(5) In den vorhergehenden Ausführungsformen ist das Verfahren zum Ausgleichen der Ladungsmengen durch Entladung einer der Sekundärbatterien 31, deren Ladungsmenge relativ groß ist, als ein Beispiel verwendet, jedoch ist die hierin offenbarte Technik nicht auf das zuvor beschriebene Beispiel beschränkt. Beispielsweise können die Ladungsmengen dadurch ausgeglichen werden, dass eine der Sekundärbatterien 31, deren Ladungsmenge relativ klein ist, aus einer weiteren Sekundärbatterie 31 geladen wird, deren Ladungsmenge relativ groß ist. Jedoch führt in einem Falle, in welchem das Laden nur zwischen den mehreren Sekundärbatterien 31 und ohne Aufnahme von Leistung aus einer externen Leistungsquelle ausgeführt wird, das Laden einer der Sekundärbatterien 31 zu einer Verringerung der Ladungsmengen der anderen Sekundärbatterien 31, und daher wird der Vorgang des Ausgleichens erschwert. Im Gegensatz dazu ist das Ausführen des Ausgleichs durch Entladung vorteilhaft, da es möglich ist, einen Ausgleich aller Sekundärbatterien zu ermöglichen, indem andere Sekundärbatterien auf der Grundlage beispielsweise einer Sekundärbatterie entladen werden, deren Ladungsmenge am Kleinsten ist.
(6) In den vorhergehenden Ausführungsformen wird der Fall, in welchem die Ladungsmengendifferenzen zu den anderen Sekundärbatterien 31 auf der Grundlage der Sekundärbatterie 31D abgeschätzt wird, deren Spannung am niedrigsten ist, als ein Beispiel verwendet, jedoch ist die hierin offenbarte Technik nicht auf das zuvor beschriebene Beispiel beschränkt.
(7) In den vorhergehenden Ausführungsformen wird der Zeitpunkt, an welchem die Konstantstromladung endet, als der Referenzzeitpunkt T0 festgelegt, jedoch ist die hierin offenbarte Technik nicht auf das zuvor beschriebene Beispiel beschränkt. Obwohl der Referenzzeitpunkt T0 als geeigneter Zeitpunkt eingestellt bzw. festgelegt werden kann, solange dieser ein Zeitpunkt während der Konstantstromladung ist, ist es bevorzugt, einen Zeitpunkt einzustellen bzw. festzulegen, an welchem Spannungsdifferenzen zwischen den Sekundärbatterien 31 deutlich sind, um die Genauigkeit beim Abschätzen der Ladungsmengendifferenzen zu verbessern. Insbesondere ist es bevorzugt, dass ein Zeitpunkt in dem Zeitraum, in welchem die mehreren Sekundärbatterien 31 in einem Gebiet mit großer Änderung liegen (beispielsweise die Endphase des Ladens) als der Referenzzeitpunkt T0 festgelegt wird, da dies zu deutlichen Spannungsdifferenzen zwischen den Sekundärbatterien 31 führt.

Es sollte beachtet werden, dass es einen Wendepunkt gibt, an welchem eine Änderungsgeschwindigkeit der OCV der Sekundärbatterien 31 über einen vorbestimmten Wert zwischen dem Gebiet mit geringer Änderung und dem Gebiet mit hoher Änderung liegt. Wenn daher der Referenzzeitpunkt T0 in einem Zeitbereich festgelegt wird, in welchem die Spannung der einen der Sekundärbatterien 31, deren Spannung am niedrigsten ist (die Sekundärbatterie 31D) eine Spannung übersteigt, die dem Wendepunkt entspricht, werden die Spannungsdifferenzen zwischen den Sekundärbatterien 31 deutlich, da die mehreren Sekundärbatterien 31 in dem Gebiet mit großer Änderung liegen, und es ist möglich, die Ladungsmengendifferenzen zuverlässiger abzuschätzen.

(8) In der dritten Ausführungsform wird der Fall, in welchem das Batteriemodul (Energiespeichermodul) in einem Fahrzeug montiert ist und das Batteriemodul mit Fahrzeugverbrauchern einschließlich eines Anlassermotors, eines Scheinwerfers, einer Innenbeleuchtung, einer Audio-Einrichtung, einer Uhr und einer Sicherheitseinrichtung verbunden ist, als ein Beispiel verwendet. Alternativ kann die vorliegende Erfindung angewendet werden, um einen Zustand einer Energiespeichereinrichtung abzuschätzen, die in einem zweirädrigen Fahrzeug, einem Schienenfahrzeug, in einer unterbrechungsfreien Energieversorgung (UPS), einer regenerativen leistungsaufnehmenden Vorrichtung, einer Energiespeichervorrichtung für die Leistungserzeugung durch natürliche Energien, oder dergleichen, vorgesehen ist. Ein Teil oder alle Funktionen der Zustandsabschätzeinrichtung können an einem entfernten Ort angeordnet sein, und die Zustandsabschätzeinrichtung kann mit einer Energiespeichereinrichtung oder einem Energiespeichermodul über ein Netzwerk verbunden sein. Ferner kann die Zustandsabschätzeinrichtung in einem Server-Rechner in einem Netzwerk implementiert sein.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-41452 A [0002, 0002, 0003]

Claims

Eine Zustandsabschätzeinrichtung, die einen Zustand mehrerer Energiespeichereinrichtungen abschätzt, wobei die Zustandsabschätzeinrichtung aufweist: eine Spannungserfassungseinheit, die ausgebildet ist, jeweilige Spannungen der Energiespeichereinrichtung zu erfassen; und eine Abschätzeinheit, die ausgebildet ist, eine Ladungsmengendifferenz zwischen mindestens zwei der Energiespeichereinrichtungen abzuschätzen, wobei zu einem Referenzzeitpunkt T0 während eines Konstantstromladens der mehreren Energiespeichereinrichtungen in einem Fall, in welchem eine der zwei Energiespeichereinrichtungen eine Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung ist, deren Spannung relativ gering ist, und die andere der beiden Energiespeichereinrichtungen eine Energiespeichereinrichtung mit hoher Spannung ist, deren Spannung relativ hoch ist, die Abschätzeinheit ausführt: einen Zielspannungseinstellvorgang zur Einstellung, als eine Zielspannung V0, einer Spannung der Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung, die von der Spannungserfassungseinheit zum Referenzzeitpunkt T0 erfasst wird; einen Zeitermittlungsvorgang zur Ermittlung eines Zeitpunkts, an welchem eine Spannung der Energiespeichereinrichtung mit hoher Spannung die Zielspannung V0 erreicht; und einen Ladungsmengendifferenzabschätzvorgang zur Abschätzung der Ladungsmengendifferenz zwischen den mindestens zwei Energiespeichereinrichtungen auf der Grundlage des Referenzzeitpunkts T0, des in dem Zeitermittlungsvorgang ermittelten Zeitpunkts und eines Stroms, der durch die mehreren Energiespeichereinrichtungen während der Konstantstromladung fließt.
Die Zustandsabschätzeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Energiespeichereinrichtungen drei oder mehr Energiespeichereinrichtungen aufweisen, und wenn eine der mehreren Energiespeichereinrichtungen eine Energiespeichereinrichtung mit niedrigster Spannung ist, deren Spannung zum Referenzzeitpunkt T0 am niedrigsten ist, die Abschätzeinheit: in dem Zielspannungseinstellvorgang eine Spannung der Energiespeichereinrichtung mit niedrigster Spannung als die Zielspannung V0 einstellt; in dem Zeitermittlungsvorgang Zeitpunkte ermittelt, an denen Spannungen der mehreren Energiespeichereinrichtungen, die nicht die Energiespeichereinrichtung mit niedrigster Spannung sind, die Zielspannung V0 erreichen; und in dem Ladungsmengendifferenzabschätzvorgang die Ladungsmengendifferenzen zwischen den mehreren Energiespeichereinrichtungen auf der Grundlage des Referenzzeitpunkts T0, der in dem Zeitermittlungsvorgang ermittelten Zeitpunkte und eines Stroms abschätzt, der durch die mehreren Energiespeichereinrichtungen während der Konstantstromladung fließt.
Die Zustandsabschätzeinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Abschätzeinheit: einen Zeitdifferenzberechnungsvorgang zur Berechnung von Zeitdifferenzen zwischen dem Referenzzeitpunkt T0 und den in dem Zeitermittlungsvorgang ermittelten Zeitpunkten berechnet; und in dem Ladungsmengendifferenzabschätzprozess die Ladungsmengendifferenzen zwischen der Energiespeichereinrichtung mit niedrigster Spannung den Energiespeichereinrichtungen, die nicht die Energiespeichereinrichtung mit niedrigster Spannung sind, auf der Grundlage der Zeitdifferenzen abschätzt, die in dem Zeitdifferenzberechnungsvorgang berechnet werden.
Die Zustandsabschätzeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Energiespeichereinrichtungen drei oder mehr Energiespeichereinrichtungen umfassen, und in einem Fall, in welchem eine der mehreren Energiespeichereinrichtungen eine Speichereinrichtung mit höchster Spannung ist, deren Spannung zum Referenzzeitpunkt T0 am höchsten ist, die Abschätzeinheit: in dem Zielspannungseinstellvorgang Spannungen der mehreren Energiespeichereinrichtungen, die nicht die Energiespeichereinrichtung mit höchster Spannung sind, als Zielspannungen V0 einstellt; in dem Zeitermittlungsvorgang Zeitpunkte ermittelt, an denen eine Spannung der Energiespeichereinrichtung mit höchster Spannung die Zielspannungen V0 erreicht, die in dem Zielspannungseinstellvorgang eingestellt worden sind; und in dem Ladungsmengendifferenzabschätzvorgang die Ladungsmengendifferenzen zwischen den mehreren Energiespeichereinrichtungen auf der Grundlage des Referenzzeitpunkts T0, der in dem Zeitermittlungsvorgang ermittelten Zeitpunkten und eines Stroms, der durch die mehreren Energiespeichereinrichtungen während der Konstantstromladung fließt, abschätzt.
Die Zustandsabschätzeinrichtung nach Anspruch 4, wobei in einem Fall, in welchem eine der mehreren Energiespeichereinrichtungen eine Energiespeichereinrichtung mit niedrigster Spannung ist, deren Spannung zum Refererizzeitpunkt T0 am niedrigsten ist, die Abschätzeinheit: einen Zeitdifferenzberechnungsvorgang ausführt zum Berechnen einer Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt T1 und dem Referenzzeitpunkt T0 und Zeitdifferenzen zwischen dem Zeitpunkt T1 und den Zeitpunkten, die nicht der Zeitpunkt T1 sind, die in dem Zeitermittlungsvorgang ermittelt werden, wobei der Zeitpunkt T1 ein Zeitpunkt ist, an welchem eine Spannung der Energiespeichereinrichtung mit höchster Spannung die Zielspannung V0 der Energiespeichereinrichtung mit niedrigster Spannung erreicht; und in dem Ladungsmengendifferenzabschätzvorgang die Ladungsmengendifferenzen zwischen der Energiespeichereinrichtung mit niedrigster Spannung und den Energiespeichereinrichtungen aus den mehreren Energiespeichereinrichtungen abschätzt, die nicht die Energiespeichereinrichtung mit niedrigster Spannung sind, wobei dies auf der Grundlage der Zeitdifferenzen erfolgt, die in dem Zeitdifferenzberechnungsvorgang berechnet werden.
Ein Energiespeichermodul mit: mehreren Energiespeichereinrichtungen; und der Zustandsabschätzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Ein Fahrzeug mit: dem Energiespeichermodul nach Anspruch 6; und einem Fahrzeugverbraucher, dem aus dem Energiespeichermodul Leistung zugeführt ist.
Ein Zustandsabschätzverfahren zum Abschätzen eines Zustands mehrerer Energiespeichereinrichtungen, wobei das Verfahren umfasst: Einstellen, an einem Referenzzeitpunkt T0 während einer Konstantstromladung an mehreren Energiespeichereinrichtungen, einer Spannung einer Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung als eine Zielspannung V0, wobei eine von mindestens zwei der mehreren Energiespeichereinrichtungen die Energiespeichereinrichtung mit niedriger Spannung ist, deren Spannung relativ niedrig ist, und die andere der zwei Energiespeichereinrichtungen eine Energiespeichereinrichtung mit hoher Spannung ist, deren Spannung relativ hoch ist; Ermitteln eines Zeitpunkts, an welchem eine Spannung der Energiespeichereinrichtung mit hoher Spannung die Zielspannung V0 erreicht; und Abschätzen einer Ladungsmengendifferenz zwischen den mindestens zwei Energiespeichereinrichtungen auf der Grundlage des Referenzzeitpunkts T0, des in der Zeitermittlung ermittelten Zeitpunkts und eines Stroms, der während der Konstantstromladung durch die mehreren Energiespeichereinrichtungen fließt.