DE102018125486B4

DE102018125486B4 - Sekundärbatteriesystem und soc-abschätzverfahren für eine sekundärbatterie

Info

Publication number: DE102018125486B4
Application number: DE102018125486.5A
Authority: DE
Inventors: Kenji Takahashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2023-10-19
Anticipated expiration: 2038-10-16
Also published as: CN109917295A; JP6927008B2; JP2019105520A; CN109917295B; US20190178948A1; DE102018125486A1; US10859632B2

Abstract

Sekundärbatteriesystem, mit:einer Sekundärbatterie (10) mit einer Elektrode (115), wobei die Elektrode ein Aktivmaterial enthält; undeiner elektronischen Steuereinheit (100), die zur Ausführung eines SOC-Abschätzverfahrens des Abschätzens eines SOC der Sekundärbatterie unter Verwendung einer ersten Entsprechungsbeziehung und einer zweiten Entsprechungsbeziehung eingerichtet ist, wobei die erste Entsprechungsbeziehung eine Entsprechungsbeziehung zwischen einer OCV und dem SOC der Sekundärbatterie in einem Fall ist, dass eine Oberflächenspannung des Aktivmaterials eine Referenzspannung ist, die zweite Entsprechungsbeziehung eine Entsprechungsbeziehung zwischen der Oberflächenspannung und einer Änderungsmenge der OCV hinsichtlich einer OCV in dem Fall ist, dass die Oberflächenspannung die Referenzspannung ist, und die Änderungsmenge der OCV durch die Oberflächenspannung des Aktivmaterials verursacht ist, wobei bei dem SOC-Abschätzverfahren die elektronische Steuereinheit dazu eingerichtet ist:i) die Oberflächenspannung aus einer Verwendungshistorie der Sekundärbatterie zu berechnen;ii) die Änderungsmenge der OCV aus der berechneten Oberflächenspannung durch Hinzuziehung der zweiten Entsprechungsbeziehung zu berechnen;iii) eine abgeschätzte OCV unter Verwendung der Änderungsmenge der OCV zu korrigieren, wobei die abgeschätzte OCV aus einem Spannungswert und einem Stromwert der Sekundärbatterie abgeschätzt ist; undiv) einen SOC, der der korrigierten abgeschätzten OCV entspricht, als dem SOC der Sekundärbatterie durch Hinzuziehung der ersten Entsprechungsbeziehung abzuschätzen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sekundärbatteriesystem und ein SOC-Abschätzverfahren für eine Sekundärbatterie.
Stand der Technik
Eine hochgradig genaue Abschätzung des SOC einer Sekundärbatterie ist hinsichtlich eines geeigneten Schutzes der Sekundärbatterie und einer vollständigen Verwendung der Sekundärbatterie wichtig. Es gibt eine Technik zur Abschätzung eines SOC aus einer OCV unter Verwendung einer SOC-OCV-Kurve für eine Sekundärbatterie als einer typischen Technik zur Abschätzung des SOC einer Sekundärbatterie.
Bei Sekundärbatterien gibt es ein System mit einer bemerkenswerten Lücke zwischen einer SOC-OCV-Kurve (oder einer Entlade-OCV auf einer Kurve DCH, die nachstehend beschrieben ist), die erlangt ist, falls eine Sekundärbatterie von einem vollständig geladenen Zustand entlädt, und einer SOC-OCV-Kurve (oder einer Lade-OCV auf einer Kurve CHG, die nachstehend beschrieben ist), die erlangt ist, falls die Sekundärbatterie von einem vollständig entladenen Zustand geladen wird. Solch eine Lücke zwischen der Entlade-OCV und der Lade-OCV wird auch als eine Hysterese der SOC-OCV-Kurven bezeichnet. Beispielsweise offenbart die Druckschrift JP 2015 - 166 710 A eine Technik zur Abschätzung eines SOC aus einer OCV unter Berücksichtigung einer Hysterese.
Ferner beschreibt die Druckschrift DE 10 2015 016 361 A1 ein Verfahren zur Bestimmung eines Ladezustands und Alterungsgrads einer elektrischen Batterie, die Druckschrift DE 11 2013 006 570 T5 beschreibt ein Batteriesystem, die Druckschrift JP 2017 - 199 513 A beschreibt ein Batteriesystem und die Druckschrift JP 2015 - 225 846 A beschreibt ein System zur Leistungsspeicherung.
ERFINDUNGSZUSAMMENFASSUNG
An der Oberfläche und innerhalb eines Elektrodenaktivmaterials einer Sekundärbatterie können Spannungen (mechanische Spannungen) auftreten. Diese Spannungen werden jeweils Oberflächenspannung und interne Spannung genannt. Die vorliegende Erfindung konzentriert sich auf den Punkt, dass in der Beziehung zwischen einem SOC und einer OCV aufgrund einer Oberflächenspannung eine Hysterese auftritt, und es zwischen einer Oberflächenspannung und einer Größenordnung der Hysterese eine Entsprechungsbeziehung gibt. Die in der Druckschrift JP 2015 - 166 710 A beschriebene Technik erwähnt keine Oberflächenspannung, sodass es Verbesserungsmöglichkeiten bei der SOC-Abschätzgenauigkeit gibt.
Hierbei bedeutet die OCV eine Spannung, die in einem Zustand gemessen ist, in dem eine Sekundärbatterie ausreichend geruht hat (beispielsweise bei einer Lithiumionensekundärbatterie ein Zustand, in dem eine Polarisation und die Konzentration von Lithium in einem Aktivmaterial relaxiert sind). Die OCV kann auch als eine elektromotorische Kraft bezeichnet werden.
Die Erfindung stellt ein Sekundärbatteriesystem bereit, das eine SOC-Schätzgenauigkeit bei einer Abschätzung eines SOC aus einer OCV unter Verwendung einer Entsprechungsbeziehung zwischen einem SOC und einer OCV einer Sekundärbatterie verbessert.
Die Erfindung stellt ebenso ein SOC-Abschätzverfahren bereit, das eine SOC-Schätzgenauigkeit bei einer Abschätzung eines SOC aus einer OCV unter Verwendung einer Entsprechungsbeziehung zwischen einem SOC und einer OCV einer Sekundärbatterie verbessert.
Eine Ausgestaltung der Erfindung betrifft ein Sekundärbatteriesystem mit: einer Sekundärbatterie mit einer Elektrode, wobei die Elektrode ein Aktivmaterial enthält; und einer elektronischen Steuerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, ein SOC-Abschätzverfahren des Abschätzens eines SOC der Sekundärbatterie unter Verwendung einer ersten Entsprechungsbeziehung und einer zweiten Entsprechungsbeziehung auszuführen, wobei die erste Entsprechungsbeziehung eine Entsprechungsbeziehung zwischen einer OCV und dem SOC der Sekundärbatterie in einem Fall ist, dass eine Oberflächenspannung des Aktivmaterials eine Referenzspannung ist, die zweite Entsprechungsbeziehung eine Entsprechungsbeziehung zwischen der Oberflächenspannung und einer OCV-Änderungsmenge mit Bezug auf eine OCV in dem Fall ist, dass die Oberflächenspannung die Referenzspannung ist, die OCV-Änderungsmenge durch die Oberflächenspannung des Aktivmaterials verursacht ist, wobei bei dem SOC-Abschätzverfahren die elektronische Steuerungseinheit dazu eingerichtet ist: i) die Oberflächenspannung aus einer Verwendungshistorie der Sekundärbatterie zu berechnen; ii) die OCV-Änderungsmenge aus der berechneten Oberflächenspannung durch Hinzuziehung der zweiten Entsprechungsbeziehung zu berechnen; iii) eine geschätzte OCV unter Verwendung der OCV-Änderungsmenge zu korrigieren, wobei die geschätzte OCV aus einem Spannungswert und einem Stromwert der Sekundärbatterie abgeschätzt ist; und iv) einen SOC abzuschätzen, der der korrigierten abgeschätzten OCV als dem SOC der Sekundärbatterie unter Hinzuziehung der ersten Entsprechungsbeziehung entspricht.
Gemäß der vorstehend genannten Ausgestaltung ist ein SOC unter Berücksichtigung einer Hysterese einer OCV aufgrund einer Oberflächenspannung unter Verwendung der ersten und zweiten Entsprechungsbeziehungen abgeschätzt (nachstehend ausführlich beschrieben). Auch falls beispielsweise für eine Elektrode ein Aktivmaterial verwendet wird, dessen von einem Laden oder einem Entladen herrührende Volumenänderungsmenge groß ist, ist es möglich, einen SOC äußerst genau abzuschätzen.
Bei der vorstehend genannten Ausgestaltung kann die elektronische Steuereinheit dazu eingerichtet sein, das SOC-Abschätzverfahren wiederholt auszuführen. Die Verwendungshistorie kann eine Temperatur der Sekundärbatterie, eine Stromeingabe an die oder eine -ausgabe von der Sekundärbatterie, eine SOC-Änderungsmenge der Sekundärbatterie und einen SOC der Sekundärbatterie umfassen, der in einem letzten SOC-Abschätzverfahren abgeschätzt ist.
Bei der vorstehend genannten Ausgestaltung kann die elektronische Steuereinheit dazu eingerichtet sein, das SOC-Abschätzverfahren wiederholt auszuführen. Die Verwendungshistorie kann eine Temperatur der Sekundärbatterie, eine Menge einer elektrischen Ladung, die in die oder von der Sekundärbatterie geladen oder entladen wurde, ab einer Zeit, ab der eine Kombination eines SOC und einer OCV der Sekundärbatterie von irgendeiner einer Ladekurve und einer Entladekurve der Sekundärbatterie abweicht, und einen SOC der Sekundärbatterie umfassen, der in einem letzten SOC-Abschätzverfahren abgeschätzt ist.
Bei der vorstehend genannten Ausgestaltung ist der SOC der Sekundärbatterie ein Parameter, der die Menge der Ladungsträger (beispielsweise ein Lithiumanteil) innerhalb des Aktivmaterials anzeigt. Eine Stromeingabe an oder eine -ausgabe von der Sekundärbatterie, eine SOC-Änderungsmenge der Sekundärbatterie und die elektrische Ladungsmenge sind Parameter, die eine Betriebsart eines Einlagerns oder einer Desorption von Ladungsträgern innerhalb des Aktivmaterials anzeigen. Durch eine Berechnung einer Oberflächenspannung auf der Grundlage dieser Parameter ist es möglich, eine Oberflächenspannung äußerst genau abzuschätzen. Infolgedessen ist es möglich, eine SOC-Schätzgenauigkeit zu verbessern.
Bei der vorstehend genannten Ausgestaltung kann die elektrische Steuereinheit einen Speicher umfassen, der die Verwendungshistorie speichert. Die elektronische Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die Oberflächenspannung unter Verwendung der Verwendungshistorie, die in dem Speicher gespeichert ist, innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ab einer Ausführung des SOC-Abschätzverfahrens zu berechnen.
Gemäß der vorstehenden Ausgestaltung wird eine Verwendungshistorie verwendet, die in dem Speicher innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer ab der Ausführung des SOC-Abschätzverfahrens gespeichert ist (der jüngsten Verwendungshistorie). Mit anderen Worten, eine Verwendungshistorie vor der vorbestimmten Zeitdauer (eine alte Verwendungshistorie) wird nicht verwendet. Da der Einfluss einer Verwendungshistorie vor der vorbestimmten Zeitdauer auf eine Oberflächenspannung relativ gering ist, ist es möglich, eine Oberflächenspannung unter Verwendung von nur einer Verwendungshistorie innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer hochgradig genau abzuschätzen. Da die Menge der Verwendungshistorie verringert ist, die in dem Speicher gespeichert ist, ist eine elektronische Steuereinheit (beispielsweise eine Onboard-Elektroniksteuereinheit) mit einem relativ geringen Durchsatz ebenso in der Lage, das SOC-Abschätzverfahren geeignet auszuführen.
Bei der vorstehend genannten Ausgestaltung kann das Aktivmaterial ein erstes Aktivmaterial und ein zweites Aktivmaterial umfassen. Eine Menge einer Volumenänderung des zweiten Aktivmaterials, die von einem Laden oder einem Entladen der Sekundärbatterie herrührt, kann größer als die Volumenänderungsmenge des ersten Aktivmaterials sein, die von einem Laden oder einem Entladen der Sekundärbatterie herrührt. Ein erster SOC-Bereich und ein zweiter SOC-Bereich können in einer Entsprechungsbeziehung zwischen der OCV und dem SOC der Sekundärbatterie vorkommen, wobei eine Hysterese der OCV der Sekundärbatterie, die von einem Laden und Entladen der Sekundärbatterie in dem zweiten SOC-Bereich herrührt, größer als eine Hysterese der OCV der Sekundärbatterie ist, die von einem Laden und Entladen der Sekundärbatterie in dem ersten SOC-Bereich herrührt. Die elektronische Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein: i) den SOC der Sekundärbatterie wiederholt abzuschätzen; ii) falls der zuletzt abgeschätzte SOC der Sekundärbatterie innerhalb des zweiten SOC-Bereiches fällt, das SOC-Abschätzverfahren auszuführen; und iii) falls der zuletzt abgeschätzte SOC der Sekundärbatterie innerhalb des ersten SOC-Bereiches fällt, den SOC der Sekundärbatterie in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der OCV und dem SOC abzuschätzen, wobei die Beziehung zwischen der OCV und dem SOC eine andere als die erste Entsprechungsbeziehung oder die zweite Entsprechungsbeziehung ist.
Gemäß der vorstehend genannten Ausgestaltung ist ein SOC durch das SOC-Abschätzverfahren in dem zweiten SOC-Bereich abgeschätzt, bei dem eine Hysterese einer OCV deutlich erscheint, und ein SOC mit einer anderen Technik als dem SOC-Abschätzverfahren (insbesondere wird beispielsweise eine Technik unter Verwendung einer normalen SOC-OCV-Kurve verwendet) in dem ersten SOC-Bereich abgeschätzt ist, in dem keine deutliche Hysterese erscheint. Da das SOC-Abschätzverfahren große Berechnungsressourcen benötigen kann, ist es möglich, die Berechnungsressource der elektronischen Steuereinheit in dem ersten SOC-Bereich durch Verwendung der normalen Technik zu verringern.
Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein SOC-Abschätzverfahren für eine Sekundärbatterie mit einem Aktivmaterial in einer Elektrode der Sekundärbatterie, mit: Berechnen einer Oberflächenspannung des Aktivmaterials aus einer Verwendungshistorie der Sekundärbatterie; Berechnen einer OCV-Änderungsmenge der Sekundärbatterie aus der berechneten Oberflächenspannung durch Hinzuziehen einer ersten Entsprechungsbeziehung, wobei die erste Entsprechungsbeziehung eine Entsprechungsbeziehung zwischen der Oberflächenspannung und einer OCV-Änderungsmenge unter Bezugnahme auf eine OCV in einem Fall ist, in dem die Oberflächenspannung eine Referenzspannung ist, und die OCV-Änderungsmenge durch die Oberflächenspannung verursacht ist; Korrigieren einer abgeschätzten OCV durch Verwenden der OCV-Änderungsmenge, wobei die abgeschätzte OCV aus einem Spannungswert und einem Stromwert der Sekundärbatterie abgeschätzt ist; und Abschätzen eines SOC, der der korrigierten abgeschätzten OCV entspricht, als einem SOC der Sekundärbatterie, unter Hinzuziehung einer zweiten Entsprechungsbeziehung, wobei die zweite Entsprechungsbeziehung eine Entsprechungsbeziehung zwischen einer OCV und einem SOC der Sekundärbatterie in dem Fall ist, dass die Oberflächenspannung die Referenzspannung ist.
Gemäß der vorstehend genannten Ausgestaltung ist es ebenso wie in dem Fall der vorstehend genannten Konfiguration möglich, einen SOC hochgradig genau abzuschätzen, auch falls für eine Elektrode ein Aktivmaterial verwendet wird, dessen Volumenänderungsmenge, die von einem Laden oder einem Entladen herrührt, groß ist.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine SOC-Abschätzgenauigkeit zu verbessern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Merkmale, Vorteile und technische sowie industrielle Signifikanz der exemplarischen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente bezeichnen, und wobei:

1 eine Zeichnung zeigt, die die Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugs schematisch veranschaulicht, an dem ein Sekundärbatteriesystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel angebracht ist;
2 eine perspektivische Darstellung zur ausführlicheren Veranschaulichung der Konfiguration jeder Zelle zeigt;
3 eine Graphik zeigt, die ein Beispiel einer Abweichung einer Oberflächenspannung schematisch veranschaulicht, die von einem Laden und Entladen eines Batteriesatzes herrührt;
4 eine Graphik zeigt, die ein Beispiel einer Hysterese einer SOC-OCV-Kurve des Batteriesatzes bei dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
5 eine Graphik zeigt, die einen SOC-Abschätzfehler aufgrund einer Hysterese darstellt;
6 ein Ablaufdiagramm zeigt, das das Verfahren einer Vorab-Messung bei dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
7 eine Graphik zur Darstellung eines Beispiels einer Technik zum Festlegen einer idealen OCV zeigt;
8A eine Darstellung zeigt, die ein Beispiel einer Oberflächenspannungskarte veranschaulicht;
8B eine Darstellung zeigt, die ein Beispiel einer Oberflächenspannungskarte veranschaulicht;
9 eine Graphik zur Darstellung einer Technik zur Erstellung einer OCV-Abweichungskarte zeigt;
10 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines SOC-Abschätzverfahrens bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
11 eine Graphik zur Darstellung einer Referenz-OCV zeigt;
12 eine Darstellung zeigt, die ein Beispiel einer Oberflächenspannungskarte bei einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
13 eine Darstellung zum Veranschaulichen einer Technik zur Steuerung eines Flags bei dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
14 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Gesamtablaufes eines SOC-Abschätzverfahrens bei dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
15 ein Ablaufdiagramm zeigt, das ein erstes Abschätzverfahren veranschaulicht;
16 ein Ablaufdiagramm zeigt, das ein zweites Abschätzverfahren veranschaulicht;
17 ein Ablaufdiagramm zeigt, das ein drittes Abschätzverfahren veranschaulicht;
18 ein Ablaufdiagramm zeigt, das ein Aktualisierungsverfahren veranschaulicht;
19 eine Graphik zur Darstellung einer Hysteresecharakteristik bei einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
20 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines SOC-Abschätzverfahrens bei dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt; und
21 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Vollladekapazitätsberechnungsverfahrens bei einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dieselben oder entsprechende Abschnitte in der Zeichnung, und deren Beschreibung ist nicht wiederholt.
Nachstehend ist eine Konfiguration als ein Beispiel beschrieben, bei der ein Sekundärbatteriesystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an einem Hybridfahrzeug (genauer, ein Plug-In-Hybridfahrzeug) angebracht ist. Jedoch ist das Sekundärbatteriesystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht auf ein Hybridfahrzeug beschränkt. Das Sekundärbatteriesystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist für irgendein Fahrzeug anwendbar (wie etwa ein Elektrofahrzeug oder ein Brennstoffzellenfahrzeug), an dem ein Batteriesatz zur Bereitstellung von Fahrleistung für das Fahrzeug angebracht ist. Zusätzlich dazu ist die Verwendung des Sekundärbatteriesystems gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht auf eine Verwendung für ein Fahrzeug begrenzt, und die Verwendung des Sekundärbatteriesystems gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann beispielsweise für eine Verwendung bei einem stationären Gerät verwendet werden.
Erstes Ausführungsbeispiel
Konfiguration des Sekundärbatteriesystems
1 zeigt eine Darstellung, die schematisch die Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugs veranschaulicht, an dem ein Sekundärbatteriesystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel angebracht ist. Gemäß 1 ist das Fahrzeug 1 ein Hybridfahrzeug, und umfasst das Sekundärbatteriesystem 2, Motorgeneratoren 61, 62, eine Maschine 63, eine Leistungsaufteilungsvorrichtung 64, eine Antriebswelle 65 und Antriebsräder 66. Das Sekundärbatteriesystem 2 umfasst einen Batteriesatz 10, eine Überwachungseinheit 20, eine Leistungssteuereinheit (PCU) 30, einen Einlass 40, eine Ladeeinrichtung 50 und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 100.
Jeder der Motorgeneratoren 61, 62 ist eine wechselstrombetriebene elektrische Drehmaschine, und ist beispielsweise ein Dreiphasen-Wechselstromsynchronmotor, bei dem Permanentmagneten in einem Rotor eingebettet sind. Der Motorgenerator 61 wird hauptsächlich als ein Generator verwendet, der durch die Maschine 63 über die Leistungsaufteilungsvorrichtung 64 angetrieben wird. Durch den Motorgenerator 61 erzeugte elektrische Leistung wird über die PCU 30 an den Motorgenerator 62 oder den Batteriesatz 10 zugeführt.
Der Motorgenerator 62 arbeitet hauptsächlich als ein Elektromotor, und treibt die Antriebsräder 66 an. Der Motorgenerator 62 wird mit elektrischer Leistung von dem Batteriesatz 10 und/oder durch den Motorgenerator 61 erzeugter elektrischer Leistung angetrieben. Die Antriebskraft des Motorgenerators 62 wird zu der Antriebswelle 65 übermittelt. Andererseits arbeitet der Motorgenerator 62 während eines Bremsens des Fahrzeugs oder während einer Verringerung einer Beschleunigung auf einer abfallenden Strecke als ein Generator, und führt eine regenerative Leistungserzeugung durch. Die durch den Motorgenerator 62 erzeugte elektrische Leistung wird mittels der PCU 30 an den Batteriesatz 10 zugeführt.
Die Maschine 63 ist eine interne Brennkraftmaschine, die Leistung durch Umwandlung von Verbrennungsenergie in kinetische Energie ausgibt. Die Verbrennungsenergie wird erzeugt, falls eine Mischung von Luft und Brennstoff verbrannt wird. Die kinetische Energie ist die Energie eines beweglichen Bauelementes wie etwa eines Kolbens und eines Rotors.
Die Leistungsaufteilungsvorrichtung 64 umfasst beispielsweise einen (nicht gezeigten) Planetengetriebezug mit drei rotierenden Wellen, die jeweils einem Sonnenrad, einem Träger und einem Hohlrad entsprechen. Die Leistungsaufteilungsvorrichtung 64 teilt eine Leistung, die von der Maschine 63 ausgegeben wird, in eine Leistung zum Antrieb des Motorgenerators 61 und eine Leistung zum Antrieb der Antriebsräder 66 auf.
Der Batteriesatz 10 umfasst eine Vielzahl von Zellen 11 (siehe 2). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jede Zelle eine Lithiumionensekundärbatterie. Der Batteriesatz 10 speichert elektrische Leistung zum Antrieb des Motorgenerators 61 oder des Motorgenerators 62, und führt durch die PCU 30 elektrische Leistung an den Motorgenerator 61 oder den Motorgenerator 62 zu. Der Batteriesatz 10 wird durch die PCU 10 während einer Leistungserzeugung durch den Motorgenerator 61 oder den Motorgenerator 62 mit erzeugter elektrischer Leistung geladen.
Die Überwachungseinheit 20 umfasst einen Spannungssensor 21, einen Stromsensor 22 und einen Temperatursensor 23. Der Spannungssensor 21 erfasst die Spannung jeder der in dem Batteriesatz 10 umfassten Zellen 11. Der Stromsensor 22 erfasst den Strom IB, der an den Batteriesatz 10 eingegeben oder von ihm ausgegeben wird. Der Strom IB ist während eines Ladens positiv, und der Strom IB ist während eines Entladens negativ. Der Temperatursensor 23 erfasst die Temperatur jeder der Zellen 11. Jeder der Sensoren gibt das entsprechende erfasste Ergebnis an die ECU 100 aus.
Wahlweise kann der Spannungssensor 21 beispielsweise die Spannung VB einer Vielzahl der Zellen 11 erfassen, die miteinander in Serie als eine Einheit zur Überwachung verbunden sind. Wahlweise kann der Temperatursensor 23 die Temperatur TB einer Vielzahl von benachbarten Zellen 11 als eine Einheit zur Überwachung erfassen. In dieser Weise ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Einheit für eine Überwachung nicht besonders begrenzt. Somit sind zum Zwecke einer einfacheren Beschreibung nachstehend diese lediglich als die Spannung VB des Batteriesatzes 10 oder die Temperatur TB des Batteriesatzes 10 erfassend beschrieben. In gleicher Weise ist der Batteriesatz 10 als eine Einheit zur Abschätzung für einen SOC und eine OCV beschrieben.
Die PCU 30 wandelt eine elektrische Leistung zwischen dem Batteriesatz 10 und jedem der Motorgeneratoren 61, 62 in Übereinstimmung mit einem Steuersignal von der ECU 100 bidirektional um. Die PCU 30 ist dazu eingerichtet, die Zustände der Motorgeneratoren 61, 62 getrennt steuern zu können. Beispielsweise ist die PCU 30 dazu in der Lage, den Motorgenerator 62 in einen Leistungsbetriebszustand zu setzen, während der Motorgenerator 61 in einen Regenerationszustand (Leistungserzeugungszustand) gesetzt wird. Die PCU 30 umfasst beispielsweise zwei Inverter und einen Umwandler (von denen keiner gezeigt ist). Die zwei Inverter sind in Übereinstimmung mit den Motorgeneratoren 61, 62 bereitgestellt. Der Umwandler stuft die an jeden Inverter zugeführte Gleichstromspannung auf eine Spannung herauf, die größer oder gleich der Ausgabespannung des Batteriesatzes 10 ist.
Der Einlass 40 ist dazu eingerichtet, eine Verbindung mit einem Ladekabel zu ermöglichen. Der Einlass 40 empfängt über ein Ladekabel von einer Stromversorgung 90 zugeführte elektrische Leistung. Die Stromversorgung 90 ist außerhalb des Fahrzeuges 1 bereitgestellt. Die Stromversorgung 90 ist beispielsweise eine kommerzielle Stromversorgung.
Die Ladeeinrichtung 50 wandelt von der Stromversorgung 90 über das Ladekabel und den Einlass 40 zugeführte elektrische Leistung in Übereinstimmung mit einem Steuersignal von der ECU 100 in zum Laden des Batteriesatzes 10 geeignete elektrische Leistung um. Die Ladeeinrichtung 50 umfasst beispielsweise einen Inverter und einen Umwandler (die beide nicht gezeigt sind).
Die ECU 100 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 100A, einen Speicher (insbesondere einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM)) 100B, und (nicht gezeigte) Eingabe-/Ausgabeanschlüsse zum Eingeben und Ausgeben unterschiedlicher Signale. Die ECU 100 führt ein SOC-Abschätzverfahren auf der Grundlage von von den Sensoren der Überwachungseinheit 20 empfangenen Signalen, sowie in dem Speicher 100B gespeicherten Programmen und Karten aus. Bei dem SOC-Abschätzverfahren wird der SOC des Batteriesatzes 10 abgeschätzt. Die ECU 100 steuert ein Laden und ein Entladen des Batteriesatzes 10 in Übereinstimmung mit einem Ergebnis des SOC-Abschätzverfahrens. Das SOC-Abschätzverfahren ist nachstehend ausführlich erklärt. Die ECU 100 entspricht einem Beispiel einer „elektronischen Steuereinheit“ gemäß der Erfindung.
2 zeigt eine Darstellung zur ausführlicheren Veranschaulichung der Konfiguration jeder Zelle 11. Das Innere der Zelle 11 kann in 2 durchgesehen werden.
Gemäß 2 weist die Zelle 11 ein rechteckiges (im Wesentlichen ein rechteckiges Parallelepiped) Batteriegehäuse 111 auf. Die Oberseite des Batteriegehäuses 111 ist durch einen Deckel 112 geschlossen. Ein Ende sowohl eines positiven Elektrodenanschlusses 113 und eines negativen Elektrodenanschlusses 114 steht von dem Deckel 112 auswärts hervor. Die anderen Enden des positiven Elektrodenanschlusses 113 und des negativen Elektrodenanschlusses 114 sind jeweils mit einem internen positiven Elektrodenanschluss und einem internen negativen Elektrodenanschluss (die beide nicht gezeigt sind) innerhalb des Batteriegehäuses 111 verbunden. Ein Elektrodenelement 115 ist innerhalb des Batteriegehäuses 111 untergebracht. Das Elektrodenelement 115 wird durch Laminieren einer positiven Elektrode 116 und einer negativen Elektrode 117 mittels einer Trenneinrichtung 118, sowie durch ein Rollen des laminierten Körpers ausgebildet. Ein Elektrolyt wird in der positiven Elektrode 116, der negativen Elektrode 117, der Trenneinrichtung 118 und dergleichen gehalten.
Viele Arten von Bauelementen und Materialien können als eine positive Elektrode, Trenneinrichtung und Elektrolyt einer Lithiumionensekundärbatterie für die positive Elektrode 116, die Trenneinrichtung 118 und den Elektrolyten verwendet werden. Als ein Beispiel kann ein ternäres Material, bei dem ein Teil von Lithiumcobaltit durch Nickel und Mangan ersetzt ist, für die positive Elektrode 116 verwendet werden. Ein Polyolefin (bspw. Polyethylen oder Polypropylen) kann für die Trenneinrichtung 118 verwendet werden. Der Elektrolyt enthält ein organisches Lösungsmittel (bspw. ein gemischtes Lösungsmittel von Dimethylcarbonat (DMC), Ethylmethylcarbonat (EMC) und Ethylencarbonat (EC)), ein Lithiumsalz (beispielsweise LiPF₆), ein Additiv (beispielsweise Lithiumbis(oxalato)borat (LiBOB) oder LiPFCO) und dergleichen.
Die Konfiguration der Zelle 11 ist nicht besonders begrenzt. Das Elektrodenelement 115 muss keine gerollte Struktur aufweisen, und kann eine laminierte Struktur aufweisen. Das Batteriegehäuse 111 ist nicht auf ein rechteckiges Batteriegehäuse begrenzt. Ein zylindrisches oder laminiertes Batteriegehäuse kann ebenso angewendet werden.
Es kann Stand der Technik geben, bei dem ein typisches negatives Elektrodenaktivmaterial einer Lithiumionensekundärbatterie ein Kohlenstoffmaterial (beispielsweise Graphit) ist. Im Gegensatz dazu wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine siliziumbasierte Verbindung (Si oder SiO) als ein Aktivmaterial der negativen Elektrode 117 angewendet. Dies beruht darauf, dass es durch Anwenden einer siliziumbasierten Verbindung möglich ist, die Energiedichte und dergleichen des Batteriesatzes 10 zu erhöhen. Andererseits kann bei einem System, bei dem eine siliziumbasierte Verbindung angewendet wird, besonders eine Hysterese in SOC-OCV-Charakteristiken (SOC-OCV-Kurve) auftreten. Wie nachstehend beschrieben ist, umfassen Faktoren der Hysterese vermutlich eine Volumenänderung des Negativelektrodenaktivmaterials, die von einem Laden oder einem Entladen herrührt.
Hysterese der SOC-OCV-Kurve
Das Negativelektrodenaktivmaterial dehnt sich mit einem Einlagern von Lithium aus, und schrumpft mit einer Desorption von Lithium. Mit einer solchen Volumenänderung des Negativelektrodenaktivmaterials können Spannungen an der Oberfläche und innerhalb des Negativelektrodenaktivmaterials auftreten. Die Volumenänderungsmenge einer siliziumbasierten Verbindung, die von einem Einlagern oder einer Desorption von Lithium herrührt, ist größer als die Volumenänderung von Graphit. Falls als eine Referenz insbesondere ein Minimalvolumen in einem Zustand eingestellt ist, in dem kein Lithium eingelagert ist, beträgt die von einem Einlagern von Lithium herrührende Volumenänderungsmenge (ein Ausdehnungskoeffizient) von Graphit ungefähr 1,1-mal, während die Volumenänderungsmenge der siliziumbasierten Verbindung bis zu ungefähr viermal beträgt. Falls eine siliziumbasierte Verbindung als das Negativelektrodenaktivmaterial angewendet wird, erhöht sich aus diesem Grund eine an der Oberfläche des Negativelektrodenaktivmaterials auftretende Spannung im Vergleich zu dem Fall, dass Graphit als das Negativelektrodenaktivmaterial angewendet wird. Nachstehend ist diese Spannung auch als Oberflächenspannung bezeichnet.
Im Allgemeinen ist ein Monopolpotenzial (ein positives Elektrodenpotenzial oder ein negatives Elektrodenpotenzial) auf der Grundlage der Bedingung einer Aktivmaterialoberfläche bestimmt, insbesondere einem Lithiumanteil und einer Oberflächenspannung an der Aktivmaterialoberfläche. Es ist beispielsweise bekannt, dass sich das Negativelektrodenpotenzial mit einer Erhöhung eines Lithiumanteils an der Negativelektrodenmaterialaktivoberfläche verringert. Falls ein Material wie etwa eine siliziumbasierte Verbindung angewendet wird, das eine große Volumenänderung zeigt, erhöht sich ebenso eine Oberflächenspannungsänderungsmenge, die von einer Variation eines Lithiumanteils herrührt. Die Oberflächenspannung weist eine Hysterese auf. Somit ist es durch eine Berücksichtigung des Einflusses der Oberflächenspannung und ihrer Hysterese möglich, das Negativelektrodenpotenzial hochgradig genau zu definieren. Falls ein SOC aus einer OCV unter Verwendung der Beziehung zwischen einem SOC und einer OCV abgeschätzt wird, ist es möglich, einen SOC unter der Annahme eines Negativelektrodenpotenzials in einer Situation hochgradig genau zu bestimmen, in der die Oberflächenspannung in dieser Weise berücksichtigt wird.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung bedeutet die OCV eine Spannung in einem Zustand, in dem die Spannung des Batteriesatzes 10 ausreichend relaxiert ist, und die Konzentration von Lithium in dem Aktivmaterial relaxiert ist. Eine Spannung, die an der Negativelektrodenoberfläche in diesem Relaxationszustand verbleibt, kann als eine Spannung zu der Zeit angesehen werden, zu der sich unterschiedliche Kräfte in dem System als ein Ganzes ausgleichen, die eine innerhalb des Negativelektrodenaktivmaterials auftretende Spannung, eine Gegenkraft, die von Umgebungsmaterialien aus auf das Negativelektrodenaktivmaterial als Ergebnis einer Volumenänderung des Negativelektrodenaktivmaterials wirkt, und dergleichen umfassen. Die Umgebungsmaterialien umfassen einen Binder, ein Leitmaterial und dergleichen.
3 zeigt eine Darstellung, die ein Beispiel einer Abweichung einer Oberflächenspannung σ schematisch veranschaulicht, die von einem Laden und Entladen des Batteriesatzes 10 herrührt. Gemäß 3 repräsentiert die Abszissenachse den SOC des Batteriesatzes 10, und die Ordinatenachse repräsentiert eine Oberflächenspannung σ. Für die Oberflächenspannung σ ist eine Zugspannung, die aufgrund eines Schrumpfens des Negativelektrodenaktivmaterials (während eines Entladens des Batteriesatzes 10) auftritt, in einer positiven Richtung angezeigt, und eine Druckspannung (Kompressionsspannung), die aufgrund eines Ausdehnens des Negativelektrodenaktivmaterials auftritt (während eines Ladens des Batteriesatzes 10) ist in einer negativen Richtung angezeigt.
3 zeigt schematisch ein Beispiel einer Abweichung einer Oberflächenspannung σ in dem Fall, dass der Batteriesatz 10 mit einer konstanten Laderate von einem vollständig entladenen Zustand (ein Zustand, in dem der SOC 0 % ist) zu einem vollständig geladenen Zustand (ein Zustand, bei dem der SOC 100 % ist) geladen wird, und nachfolgend der Batteriesatz 10 mit einer konstanten Entladerate von dem vollständig geladenen Zustand zu dem vollständig entladenen Zustand entladen wird.
Kurz nach dem Start des Ladens von dem vollständig entladenen Zustand erhöht sich (der Absolutwert) der Oberflächenspannung σ linear. In diesem SOC-Bereich während eines Ladens (der Bereich von 0 % des SOC bis X des SOC), wird angenommen, dass sich die Oberfläche des Negativelektrodenaktivmaterials elastisch verformt. Im Gegensatz dazu wird angenommen, dass in einem Bereich danach (der Bereich von X des SOC bis 100 % des SOC) die Oberfläche des Negativelektrodenaktivmaterials sich jenseits einer elastischen Deformation plastisch verformt. Andererseits wird vermutet, dass während eines Entladens des Batteriesatzes 10 sich die Oberfläche des Negativelektrodenaktivmaterials in einem Bereich kurz nach dem Beginn des Entladens von dem vollständig geladenen Zustand (im Bereich von 100 % des SOC bis Y des SOC) elastisch deformiert, und dass sich die Oberfläche des Negativelektrodenaktivmaterials in einem nachfolgenden Bereich (dem Bereich von Y des SOC bis 0 % des SOC) plastisch verformt.
Gemäß 3 ist die gesamte Abweichung einer Oberflächenspannung σ durch die gerade Linien angezeigt. Jedoch zeigt dies lediglich schematisch eine Abweichung der Oberflächenspannung σ. Tatsächlich tritt ebenso eine nichtlineare Abweichung auf (siehe beispielsweise 2 in „In Situ Measurements of Stress-Potential Coupling in Lithiated Silicon“, V. A. Sethuraman, et al., Journal of The Electrochemical Society, 157 (11) A1253-A1261 (2010)). 3 zeigt ein Beispiel des Falles, dass der SOC von 0 % bis 100 % verändert wird. Jedoch ist der SOC-Bereich nicht auf diesen Bereich begrenzt. Obwohl dies in der Graphik nicht gezeigt ist, deformiert sich die Oberfläche des Negativelektrodenaktivmaterials elastisch, falls die OCV des Batteriesatzes 10 von einer Lade-OCV oder einer Entlade-OCV (wie nachstehend beschrieben) abweicht.
Während eines kontinuierlichen Ladens des Batteriesatzes 10 wirkt hauptsächlich eine Kompressionsspannung an der Negativelektrodenaktivmaterialoberfläche (die Oberflächenspannung σ ist eine Druckspannung), und das Negativelektrodenpotenzial verringert sich im Vergleich zu einem Idealzustand, in dem keine Oberflächenspannung σ auftritt. Infolgedessen erhöht sich die OCV des Batteriesatzes 10. Andererseits tritt während eines kontinuierlichen Entladens des Batteriesatzes 10 hauptsächlich eine Zugspannung an der Negativelektrodenaktivmaterialoberfläche auf (die Oberflächenspannung σ ist eine Zugspannung), und das Negativelektrodenpotenzial erhöht sich im Vergleich zu dem Idealzustand. Infolgedessen verringert sich die OCV des Batteriesatzes 10. In Übereinstimmung mit dem vorstehend genannten Mechanismus taucht eine Hysterese in der SOC-OCV-Kurve des Batteriesatzes 10 auf, die von einem Laden und Entladen herrührt.
4 zeigt eine Darstellung, die ein Beispiel der Hysterese der SOC-OCV-Kurve des Batteriesatzes 10 bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. In 4, sowie (den nachstehend beschriebenen) 5, 7, 11, 13 und 19 repräsentiert die Abszissenachse den SOC des Batteriesatzes 10, und die Ordinatenachse repräsentiert die OCV des Batteriesatzes 10.
4 zeigt eine Kurve CHG und eine Kurve DCH. Die Kurve CHG wird durch eine Wiederholung eines Ladens und eines Ruhens (einer Beendigung des Ladens) beschafft, nachdem der Batteriesatz 10 in den vollständig entladenen Zustand gebracht ist. Die Kurve DCH wird durch ein Wiederholen eines Entladens und eines Ruhens (eine Beendigung des Entladens) beschafft, nachdem der Batteriesatz 10 in den vollständig geladenen Zustand gebracht ist. Nachstehend wird eine OCV auf der Kurve CHG als eine Lade-OCV bezeichnet, und eine OCV auf der Kurve DCH wird als eine Entlade-OCV bezeichnet. Eine Lücke zwischen der Lade-OCV und der Entlade-OCV (von ungefähr 150 mV bei einer siliziumbasierten Verbindung) repräsentiert eine Hysterese.
Eine Lade-OCV wird wie folgt beschafft. Zunächst wird der Batteriesatz 10 in dem vollständig entladenen Zustand vorbereitet, und wird mit der elektrischen Ladungsmenge (der Menge der Elektrizität) geladen, die beispielsweise 5 % des SOC entspricht. Das Laden wird nach dem Laden des Batteriesatzes 10 mit dieser Menge von elektrischer Ladung beendet, und nachfolgend wird der Batteriesatz für eine Zeitdauer stehengelassen, bis eine Polarisation, die durch ein Laden verursacht ist, beseitigt ist (beispielsweise 30 Minuten). Die OCV des Batteriesatzes 10 wird nach einem Ablauf der Standzeit gemessen. Eine Kombination (SOC, OCV) des SOC (= 5 %) nach einem Laden und die gemessene OCV sind in der Graphik aufgetragen.
Nachfolgend wird ein Laden des Batteriesatzes 10 mit der Menge von elektrischer Ladung, die den nächsten 5 % des SOC (ein Laden von 5 % des SOC auf 10 % des SOC) entspricht, gestartet. Sobald das Laden beendet ist, wird die OCV des Batteriesatzes 10 in gleicher Weise nach einem Ablauf der Standzeit gemessen. Aus dem gemessenen Ergebnis der OCV wird eine Kombination des SOC und der OCV wiederum aufgetragen. Danach wird ein ähnlicher Vorgang wiederholt, bis der Batteriesatz 10 den vollständig geladenen Zustand erreicht. Durch eine Durchführung einer solchen Messung wird die Lade-OCV beschafft.
Nachfolgend wird die OCV des Batteriesatzes 10 mit einer stufenweisen Abnahme von 5 % des SOC gemessen, während ein Entladen und eine Beendigung des Entladens des Batteriesatzes 10 dieses Mal wiederholt werden, bis der Batteriesatz 10 von dem vollständig geladenen Zustand aus den vollständig entladenen Zustand erreicht. Durch eine Durchführung einer solchen Messung wird die Entlade-OCV beschafft. Die beschaffte Lade-OCV und die Entlade-OCV werden in dem Speicher 100B der ECU 100 gespeichert. Die Lade-OCV repräsentiert den Maximalwert der OCV bei jedem SOC, und die Entlade-OCV repräsentiert den Minimalwert der OCV bei jedem SOC. Aus diesem Grund wird der Zustand des Batteriesatzes 10 (d.h., eine Kombination von SOC und OCV) auf jeden Punkt der Lade-OCV oder der Entlade-OCV, oder innerhalb des Gebietes D, das durch die Lade-OCV und die Entlade-OCV umgeben ist, in der charakteristischen Darstellung der SOC-OCV aufgetragen. Der Umfang des Gebietes D entspricht dem Umfang des schematisch in 3 gezeigten Parallelogramms.
5 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines SOC-Abschätzfehlers aufgrund einer Hysterese. In dem fahrenden Fahrzeug 1 werden beispielsweise ein Laden und ein Entladen des Batteriesatzes 10 in vielen Fällen abwechselnd wiederholt. Falls die Menge von elektrischer Ladung, die in den Batteriesatz 10 geladen wird, größer als die elektrische Ladungsmenge ist, die von dem Batteriesatz 10 entladen wird (falls das Laden übermäßig ist), neigt die OCV des Batteriesatzes 10 dazu, näher an der Lade-OCV als an der Entlade-OCV zu sein. Falls andererseits die elektrische Ladungsmenge, die von dem Batteriesatz 10 entladen wird, größer als die elektrische Ladungsmenge ist, die in den Batteriesatz 10 geladen wird (falls das Entladen übermäßig ist), neigt die OCV des Batteriesatzes 10 dazu, näher an der Entlade-OCV als an der Lade-OCV zu sein. Jedoch ist es schwierig, genau zu bestimmen, wo der Zustand des Batteriesatzes 10 innerhalb des Gebietes D liegt. Aus diesem Grund kann es nicht möglich sein, aufgrund einer Hysterese einen SOC hochgradig genau abzuschätzen. Falls beispielsweise in dem Beispiel gemäß 5 eine OCV gemessen wird, kann ein maximaler Fehler von ERR_max zwischen einem SOC, der von der OCV durch Hinzuziehung der Kurve CHG abgeschätzt ist, und einem SOC auftreten, der von der OCV durch Hinzuziehung der Kurve DCH abgeschätzt ist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Konfiguration einer Abschätzung eines SOC unter Berücksichtigung des Einflusses einer Hysterese auf der Grundlage der Oberflächenspannung σ auf eine OCV angewendet. Bei dieser Konfiguration wird eine Oberflächenspannung σ vor einer Abschätzung eines SOC berechnet. Durch eine Durchführung einer nachstehend beschriebenen Vorab-Messung ist es möglich, den Einfluss der Oberflächenspannung σ in ein Schätzergebnis einer OCV einzubeziehen und die OCV zu korrigieren.
Vorab-Messung
6 zeigt ein Ablaufdiagramm, das den Vorgang der Vorab-Messung bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Das Ablaufdiagramm gemäß 6 wird durch Experimentatoren durchgeführt (Entwickler des Sekundärbatteriesystems 2).
Unter Bezugnahme auf 6 legen die Experimentatoren in S101 eine SOC-OCV-Kurve fest, die als eine Referenz verwendet wird, falls das (nachstehend beschriebene) SOC-Abschätzverfahren ausgeführt wird. Da bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Kurve in einem idealen (virtuellen) Zustand, in dem innerhalb des Negativelektrodenaktivmaterials keine Spannung an der Oberfläche verbleibt (ein Zustand, in dem σ nahezu gleich 0 ist), als eine Referenz verwendet wird, wird eine OCV auf der Kurve (die Beziehung zwischen einem SOC und einer OCV, die durch die Kurve repräsentiert ist) auch als eine ideale OCV bezeichnet. Die ideale OCV entspricht einem Beispiel einer ersten Entsprechungsbeziehung gemäß der Erfindung.
7 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Technik zum Festlegen einer idealen OCV. Durch Hinzuziehen von 7 werden eine Lade-OCV und eine Entlade-OCV durch Durchführung einer Messung gemäß 4 beschafft.
Gemäß 4 wird eine Oberflächenspannung σ (eine Druckspannung σc und eine Zugspannung σt) in dem Fall, dass sich das Negativelektrodenaktivmaterial plastisch verformt, durch eine Schichtcharakterisierung oder dergleichen gemessen (bzw. abgeschätzt). Ein Beispiel einer Technik zum Messen einer Oberflächenspannung σ ist nachstehend einfach beschrieben. Zunächst wird eine Änderung der Krümmung κ der Dünnschichtnegativelektrode 117 gemessen, die sich durch eine Spannung verformt. Beispielsweise wird die Krümmung κ mit einem kommerziellen Krümmungsradiusmesssystem optisch gemessen. Durch Subtrahieren der gemessenen Krümmung κ und Konstanten (Elastizitätsmodul, Poissonzahl, Dicke und dergleichen), die in Übereinstimmung mit dem Material und der Form der Negativelektrode 117 (dem Negativelektrodenmaterial und seinem Umgebungsbauteil) bestimmt sind, in eine Stoneygleichung zu subtrahieren, wird die Oberflächenspannung σ berechnet (siehe beispielweise „In Situ Measurements of Stress-Potential Coupling in Lithiated Silicon“, V. A. Sethuraman, et al., Journal of The Electrochemical Society, 157 (11) A1253-A1261 (2010) für Details zu einer Spannungsmessung).
Die Oberflächenspannung σ auf der Lade-OCV ist bei der Druckfließspannung σc im Wesentlichen konstant, und die Oberflächenspannung σ auf der Entlade-OCV ist bei der Zugspannung σt im Wesentlichen konstant. Aus diesem Grund kann auf einer Kurve, bei der das Verhältnis eines Abstandes Dc zwischen einer idealen OCV und einer Lade-OCV, zu einem Abstand Dd zwischen einer idealen OCV und einer Entlade-OCV gleich dem Verhältnis einer Druckspannung σc und einer Zugspannung σt ist (eine Kurve, bei der Dc:Dd = σc:σt ist), die Oberflächenspannung σ im Wesentlichen als 0 angesehen werden. Eine ideale OCV wird durch Berechnen einer solchen Kurve eingestellt.
Unter Bezugnahme auf 6 messen die Experimentatoren in S102 eine Oberflächenspannung σ innerhalb des Negativelektrodenaktivmaterials bei verschiedenen Verwendungshistorien. Bestimmte Beispiele der Verwendungshistorie umfassen die Temperatur TB des Batteriesatzes 10 innerhalb der jüngsten vorbestimmten Zeitdauer (beispielsweise 30 Minuten), den Strom IB, der an das/von dem Batteriesatz 10 eingegeben oder ausgegeben wird, und den SOC des Batteriesatzes 10. Die Experimentatoren stellen die Verwendungshistorie des Batteriesatzes 10 auf verschiedene Werte ein, und messen die Oberflächenspannung σ bei jeder Verwendungshistorie.
In S103 messen die Experimentatoren die OCV des Batteriesatzes 10 bei jeder der Verwendungshistorien des Batteriesatzes 10 (Kombinationen von (TB_ave, IB_ave, dSOC, SOC)). Die Verwendungshistorien sind zu den Verwendungshistorien äquivalent, bei denen die Oberflächenspannung σ in S102 gemessen ist. Das Verfahren von S102 und das Verfahren von S103 werden tatsächlich zu der selben Zeit ausgeführt. Die OCV bedeutet eine Spannung, die in einem Zustand gemessen wird, in dem ein Laden und Entladen des Batteriesatzes 10 ausreichend geruht hat (infolgedessen in einem Zustand, in dem die Spannung und eine Konzentration von Lithium in dem Aktivmaterial relaxiert sind).
In S104 erzeugen die Experimentatoren eine Oberflächenspannungskarte MP1 auf der Grundlage der gemessenen Ergebnisse der Oberflächenspannung σ in S102.
8A und 8B sind Darstellungen, die Beispiele der Oberflächenspannungskarte MP1 zeigen. Nachstehend bezeichnet ein Parameter mit dem Suffix ave eine zeitliche Mittelung innerhalb der jüngsten vorbestimmten Zeitdauer. In der Oberflächenspannungskarte MP1 ist beispielsweise ein gemessenes Ergebnis der Oberflächenspannung σ, das innerhalb des Negativelektrodenaktivmaterials auftritt, für jede Kombination (TB_ave, IB_ave, dSOC, SOC) der mittleren Temperatur TB_ave des Batteriesatzes 10, des mittleren Stromes IB, der an das/von dem Batteriesatz 10 eingegeben oder ausgegeben wird, der SOC-Änderungsmenge dSOC und dem SOC des Batteriesatzes 10.
Gemäß 8A kann der mittlere Strom IB_ave für einen positiven Wert (mit anderen Worten, in dem Fall, dass der Batteriesatz 10 in einem übermäßig geladenen Zustand innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer ist), Null, und einen negativen Wert annähernd definiert werden (in dem Fall, dass der Batteriesatz 10 in einem übermäßig entladenen Zustand innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer ist). Andererseits kann gemäß 8B die Oberflächenspannungskarte MP1 für jede weiter unterteilte Bedingung des mittleren Stromes IB_ave definiert sein.
Die SOC-Änderungsmenge dSOC bezeichnet beispielsweise eine SOC-Änderungsmenge von dem Zeitpunkt an, zu dem das Vorzeichen des mittleren Stromes IB_ave umgekehrt wird. Jedoch ist die SOC-Änderungsmenge dSOC nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die SOC-Änderungsmenge dSOC kann eine Größe sein, die eine Abweichung des SOC innerhalb einer eingestellten Zeitdauer anzeigt (die eine von der vorstehend beschriebenen jüngsten vorbestimmten Zeitdauer unterschiedliche Zeitdauer oder dieselbe Zeitdauer sein kann).
In der Oberflächenspannungskarte MP1 (und einer Oberflächenspannungskarte MP1A, die nachstehend unter Bezugnahme auf 12 beschrieben ist) sind bestimmte numerische Werte der mittleren Temperatur TB_ave, dem mittleren Strom IB_ave, der SOC-Änderungsmenge dSOC, dem SOC und dergleichen zugeordnet. Jedoch sind diese numerischen Werte zum Zwecke eines einfacheren Verständnisses der Oberflächenspannungskarte MP1 rein beschreibend, und begrenzen nicht den Inhalt der Oberflächenspannungskarte MP1.
In S105 berechnen die Experimentatoren eine OCV-Abweichung ΔOCV, die den Einfluss der Oberflächenspannung σ auf die OCV repräsentiert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die OCV-Abweichung ΔOCV eine Potentialdifferenz zwischen einer OCV auf einer idealen ID (nachstehend auch als OCV_ID bezeichnet) und einer OCV, die von der Spannung VB, dem Strom IB und dergleichen des Batteriesatzes 10 abgeschätzt ist (nachstehend auch als OCV_ES bezeichnet), und wird durch den nachstehenden mathematischen Ausdruck 1 beschrieben. Die OCV-Abweichung ΔOCV kann auch als eine OCV-Änderungsmenge aufgrund einer Oberflächenspannung σ unter Bezugnahme auf eine OCV in dem Fall angesehen werden, dass die Oberflächenspannung σ die Referenzspannung ist (= 0). ${OCV}_{ID} - {OCV}_{ES} = Δ OCV$
Die Experimentatoren erzeugen eine OCV-Abweichungskarte MP2, die die Entsprechungsbeziehung zwischen einer Oberflächenspannung σ und einer OCV-Abweichung ΔOCV zeigt (S106).
9 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Technik zur Erzeugung der OCV-Abweichungskarte MP2. In 9 repräsentiert die Abszissenachse eine Oberflächenspannung σ, und die Ordinatenachse repräsentiert eine OCV-Abweichung ΔV.
Falls die Oberflächenspannung σ null ist, folgt gemäß 9 aus der Definition der OCV-Abweichung ΔOCV bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, dass die OCV-Abweichung ΔOCV ebenso null ist. In dieser Weise wird durch Einstellen einer Referenz die OCV-Abweichungskarte MP2 erzeugt, die die Entsprechungsbeziehung zwischen einer Oberflächenspannung σ und einer OCV-Abweichung ΔOCV zeigt. Durch Hinzuziehung der OCV-Abweichungskarte MP2 ist es möglich, eine OCV-Abweichung ΔOCV aus einer Oberflächenspannung σ zu berechnen. Die OCV-Abweichungskarte MP2 entspricht einem Beispiel einer zweiten Entsprechungsbeziehung gemäß der Erfindung.
In dem Fall, dass der Batteriesatz 10 in einem übermäßig geladenen Zustand ist (in dem Fall, dass eine Druckspannung an der Negativelektrodenaktivmaterialoberfläche auftritt), expandiert das Negativelektrodenaktivmaterial infolge eines Einlagerns von Lithium, mit dem Ergebnis, dass sich ein Negativelektroden-Leerlaufpotential verringert. Daher ist eine OCV_ES größer als eine OCV_ID auf der idealen OCV (Kurve ID). Somit ist eine OCV-Abweichung ΔOCV negativ (siehe den mathematischen Ausdruck (1)). Falls andererseits der Batteriesatz 10 in einem übermäßig entladenen Zustand ist (in dem Fall, dass eine Zugspannung auftritt), ist eine OCV-Abweichung ΔOCV positiv.
Eine Verwendung der OCV-Abweichungskarte MP2 zur Berechnung einer OCV-Abweichung ΔOCV ist nicht unabdingbar. Der nachstehende mathematische Ausdruck (2) gilt zwischen einer Oberflächenspannung σ und einer OCV-Abweichung ΔOCV. In dem mathematischen Ausdruck (2) ist die Menge der Zunahme des Volumens des Negativelektrodenaktivmaterials in dem Fall, dass ein Mol von Lithium eingefügt wird, durch Ω (m³/mol) bezeichnet, und eine Faraday-Konstante ist durch F (C/mol) bezeichnet. k ist eine experimentell erlangte Proportionalitätskonstante. Eine OCV-Abweichung ΔOCV kann aus einer Oberflächenspannung σ unter Verwendung des mathematischen Ausdrucks (2) anstelle der OCV-Abweichungskarte MP2 berechnet werden. $Δ OCV = k \times Ω \times σ / F$
SOC-Schätzablauf
10 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des SOC-Abschätzverfahrens bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Ablaufdiagramme gemäß 10, sowie (der nachstehend beschriebenen) 14, 20 und 21 werden beispielsweise von einer (nicht gezeigten) Hauptroutine jedes Mal aufgerufen, wenn ein vorbestimmter Berechnungszyklus abläuft, und werden durch die ECU 100 wiederholt ausgeführt. Ein gegenwärtiger Berechnungszyklus ist der n-te (n ist größer oder gleich zwei) Berechnungszyklus, und n ist als ein Parameter des gegenwärtigen Berechnungszyklus angehängt, (n-1) ist als ein Parameter des letzten Berechnungszyklus angehängt, und der gegenwärtige Berechnungszyklus und der letzte Berechnungszyklus werden voneinander unterschieden.
In den Ablaufdiagrammen gemäß 10, sowie 14 bis 18, 20 und 21 umfasste Schritte (nachstehend abgekürzt als „S“) werden hauptsächlich durch eine Softwareverarbeitung der ECU 100 implementiert. Die Schritte können anstelle dessen auch durch eine besondere Hardware (elektrischer Schaltkreis) implementiert werden, die in der ECU 100 vorbereitet ist.
In S201 beschafft die ECU 100 die Spannung VB, den Strom IB und die Temperatur TB des Batteriesatzes 10 von den Sensoren in der Überwachungseinheit 20 (dem Spannungssensor 21, dem Stromsensor 22 und dem Temperatursensor 23). Die beschafften Parameter werden in dem Speicher 100B gespeichert.
In S202 schätzt die ECU 100 die OCV des Batteriesatzes 10 (beschafft einen OCV_ES). Die OCV_ES wird in Übereinstimmung mit der nachstehenden mathematischen Formel (3) berechnet. In der mathematischen Formel (3) ist der interne Widerstand des Batteriesatzes 10 durch R bezeichnet. Ein Korrekturterm zum Korrigieren des Einflusses einer Polarisation, die in dem Batteriesatz 10 aufgetreten ist, ist durch ΣΔV_i bezeichnet (i ist eine natürliche Zahl). Mit diesem Korrekturterm ΣΔV_i wird eine Polarisation korrigiert, die aufgrund einer Diffusion von Lithium innerhalb des Positivelektrodenaktivmaterials und innerhalb des Negativelektrodenaktivmaterials, sowie aufgrund einer Diffusion von Lithiumsalz innerhalb des Elektrolyten auftritt. Falls eine Diffusion von Lithium innerhalb des Negativelektrodenaktivmaterials berücksichtigt wird, ist es wünschenswert, den Einfluss von sowohl einer Lithiumkonzentrationsdifferenz und einer internen Spannung innerhalb des Negativelektrodenaktivmaterials zu berücksichtigen. Es wird angenommen, dass der Korrekturterm ΣΔV_i durch ein vorläufiges Experiment vorab erlangt ist, und in dem Speicher 100B gespeichert ist. Der Korrekturterm ΣΔV_i wird ebenso derart bestimmt, dass der Wert während eines Ladens des Batteriesatzes 10 positiv ist. ${OCV}_{ES} = VB - IB \times R - \sum Δ V_{i}$
In S203 liest die ECU 100 einen SOC(n-1), der in dem letzten Berechnungszyklus berechnet wurde, aus dem Speicher 100B aus.
In S204 berechnet die ECU 100 ein zeitliches Mittel von sowohl dem Strom IB als auch der Temperatur TB des Batteriesatzes 10 innerhalb der jüngsten vorbestimmten Zeitdauer (beispielsweise 30 Minuten). Zu dieser Zeit überschreibt die ECU 100 vorzugsweise eine Verwendungshistorie vor der vorbestimmten Zeitdauer, oder löscht die Verwendungshistorie vor der vorbestimmten Zeitdauer aus dem Speicher 100B. Mit anderen Worten, es ist beispielsweise möglich, einen mittleren Strom IB_ave und eine mittlere Temperatur TB_ave in Übereinstimmung mit dem Konzept eines gleitenden Durchschnitts zu berechnen. Die ECU 100 berechnet beispielsweise eine SOC-Änderungsmenge dSOC. Die SOC-Änderungsmenge dSOC ist eine SOC-Änderungsmenge ab dem Zeitpunkt, zu dem das Vorzeichen des mittleren Stromes IB_ave umgekehrt wird.
In S205 berechnet die ECU 100 eine Oberflächenspannung σ innerhalb des Negativelektrodenaktivmaterials auf der Grundlage der Verwendungshistorie (TB_ave, IB_ave, dSOC, SOC(n-1)) des Batteriesatzes 10 durch Hinzuziehung der Oberflächenspannungskarte MP1 gemäß 8A oder 8B.
In S206 berechnet die ECU 100 eine OCV-Abweichung ΔOCV aus der Oberflächenspannung σ, die in S205 unter Hinzuziehung der OCV-Abweichungskarte MP2 gemäß 9 berechnet wurde.
In S207 berechnet die ECU 100 eine OCV_ID, die eine ideale OCV ist, die durch Korrektur einer Abweichung der OCV aufgrund des Einflusses der Oberflächenspannung σ erlangt ist. Die OCV_ID wird unter Verwendung der OCV_ES und der OCV-Abweichung ΔOCV berechnet, die durch Hinzuziehung der OCV-Abweichungskarte MP2 in S206 berechnet ist (siehe den mathematischen Ausdruck (1)).
In S208 schätzt die ECU 100 einen SOC entsprechend der idealen OCV_ID ab, die in S207 als ein SOC(n) des gegenwärtigen Berechnungszyklus unter Verwendung der idealen OCV berechnet wurde. Der abgeschätzte SOC(n) wird in dem Speicher 100B gespeichert, um in dem Verfahren von S203 in dem nächsten Berechnungszyklus (S209) verwendet zu werden.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird die Hysterese der OCV aufgrund der Oberflächenspannung σ gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel berücksichtigt. Genauer weicht die OCV_ES unter dem Einfluss der Oberflächenspannung σ von der idealen OCV ab. Aus diesem Grund wird eine ideale OCV_ID durch Korrigieren der OCV_ES (Entfernen des Einflusses der Oberflächenspannung σ) mit der OCV-Abweichung ΔOCV berechnet, die eine Abweichung der OCV aufgrund der Oberflächenspannung σ repräsentiert. Gemäß der idealen OCV ist ein SOC als der SOC des Batteriesatzes 10 abgeschätzt, der der idealen OCV_ID entspricht. Somit ist es möglich, einen SOC hochgradig genau abzuschätzen, auch falls die Volumenänderungsmenge groß ist, die von einem Laden oder Entladen herrührt, und ein Aktivmaterial (siliziumbasierte Verbindung) für die Negativelektrode 117 angewendet wird, bei dem der Einfluss einer Hysterese besonders auftritt.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird die vorherige Verwendungshistorie vor der vorbestimmten Zeitdauer verworfen (überschrieben oder gelöscht), bevor die Oberflächenspannungskarte MP1 hinzugezogen wird. Im Allgemeinen weist eine Onboard-ECU (fahrzeuggebundene ECU) hinsichtlich des Durchsatzes (der Berechnungsleistung der CPU und der Kapazität des Speichers) im Vergleich zu einer stationären Berechnungseinheit (wie etwa einem Simulationsterminal) Beschränkungen auf. Aus diesem Grund ist für ein Fahrzeug eine Verringerung der Menge der Verwendungshistorie nötig, die zur Berechnung einer Oberflächenspannung σ verwendet wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird durch Einstellen der Länge der vorbestimmten Zeitdauer auf einen geeigneten Wert, der auf einem vorläufigen Auswertungsexperiment basiert, die Menge der Verwendungshistorie verringert, die verwendet wird, um eine Oberflächenspannung σ zu berechnen, während die Genauigkeit der Berechnung einer Oberflächenspannung σ sichergestellt wird. Auch falls die Berechnungsleistung der CPU 100A relativ gering ist, oder die Kapazität des Speichers 100B relativ klein ist, ist es möglich, das SOC-Abschätzverfahren auszuführen.
Zu dem ersten Ausführungsbeispiel alternatives Ausführungsbeispiel
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Beispiel beschrieben, bei dem eine ideale OCV in einem Idealzustand als Referenz verwendet wird, in dem innerhalb des Negativelektrodenaktivmaterials keine Oberflächenspannung σ verbleibt. Jedoch ist die ideale OCV lediglich ein Beispiel der SOC-OCV-Kurve, die in dem SOC-Abschätzverfahren als Referenz verwendet wird, und die als Referenz in dem SOC-Abschätzverfahren verwendete SOC-OCV-Kurve ist nicht auf die ideale OCV begrenzt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel beschrieben, bei dem eine andere OCV (als Referenz-OCV bezeichnet und durch REF angezeigt) anstelle der idealen OCV verwendet wird.
11 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels der Referenz-OCV. Gemäß 11 kann beispielsweise die Referenz-OCV derart eingestellt sein, dass sie mit der Lade-OCV übereinstimmt. In diesem Fall wird eine OCV-Abweichung ΔOCV als eine Abweichung der OCV von der Referenz-OCV gelesen. In dieser Weise kann die Referenz-OCV derart eingestellt sein, dass sie mit der Lade-OCV übereinstimmt. Obwohl dies nicht wiederholt beschrieben ist, ist es ebenso möglich, die Referenz-OCV derart einzustellen, dass die Referenz-OCV mit der Entlade-OCV übereinstimmt.
Darüber hinaus ist es nicht unabdingbar, dass die Referenz-OCV mit der Lade-OCV oder der Entlade-OCV übereinstimmt. Die Referenz-OCV muss lediglich diejenige sein, die die Entsprechungsbeziehung zwischen einer OCV und einem SOC zu der Zeit anzeigt, zu der die Oberflächenspannung σ bei einer Referenzspannung im Wesentlichen konstant ist. Die OCV-Abweichungskarte MP2 kann je nach Bedarf in Übereinstimmung mit der derart eingestellten Referenz-OCV erzeugt werden. Insbesondere kann die Referenz-OCV unter der Annahme eingestellt sein, dass eine Zwischen-OCV zwischen der Lade-OCV und der Entlade-OCV in einem virtuellen Idealzustand ist. In diesem Fall wird die Referenz-OCV unter der Annahme eingestellt, dass die Druckspannung σc und die Zugspannung σt an der Negativelektrodenaktivmaterialoberfläche zueinander gleich sind. In diesem Fall kann die Druckspannung σc (bzw. die Zugspannung σt) an der Fließgrenze für jeden SOC abweichen.
Zweites Ausführungsbeispiel
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Oberflächenspannungskarte MP1 (siehe 8A) den SOC und einen mittleren Strom IB_ave des Batteriesatzes 10 als Parameter. Der SOC ist ein Parameter zur Berechnung des Einflusses eines Lithiumanteils innerhalb des Negativelektrodenaktivmaterials auf die Oberflächenspannung σ. Zusätzlich dazu ist in der Oberflächenspannungskarte MP1 nicht nur durch Verwendung des SOC, sondern auch des mittleren Stromes IB_ave, der Einfluss einer Einlagerungs- und Desorptionsbetriebsart von Lithium (beispielsweise eine Lithium-Einlagerungsrate und eine Lithium-Desorptionsrate) auf die Oberflächenspannung σ berechnet.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich die Genauigkeit einer Berechnung einer Oberflächenspannung σ verbessert, falls die geladene oder entladene elektrische Ladungsmenge ab dem Zeitpunkt berücksichtigt wird, ab dem der Batteriesatz von entweder einem Ladezustand oder einem Entladezustand zu dem anderen umgeschaltet wurde (im Detail, ab dem Zeitpunkt, ab dem der OCV des Batteriesatzes 10 von entweder der Lade-OCV oder der Entlade-OCV abweicht). Aus diesem Grund ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Konfiguration beschrieben, bei der eine Oberflächenspannungskarte MP1A verwendet wird, die von der Oberflächenspannungskarte MP1 verschieden ist. Die Gesamtkonfiguration eines Sekundärbatteriesystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist im Grunde zu der Konfiguration des Sekundärbatteriesystems 2 (siehe 1) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel äquivalent (dies trifft ebenso auf das (nachstehend beschriebene) dritte und das (nachstehend beschriebene) vierte Ausführungsbeispiel zu).
Oberflächenspannungskarte
12 zeigt eine Darstellung, die ein Beispiel der Oberflächenspannungskarte MP1A bei dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. In der Oberflächenspannungskarte MP1A ist beispielsweise ein gemessenes Ergebnis der Oberflächenspannung σ für jede Kombination (TB_ave, ΔSOC, SOC) der mittleren Temperatur TB_ave des Batteriesatzes 10, der SOC-Änderungsmenge ΔSOC, und des SOC des Batteriesatzes 10 definiert.
Die SOC-Änderungsmenge ΔSOC ist eine Menge einer Änderung des SOC von einem Bezugs-SOC (nachstehend auch als eine Referenz-SOC_REF bezeichnet), und ist ein Parameter, der sich von der SOC-Änderungsmenge dSOC gemäß 8A und 8B unterscheidet. Eine Vollladekapazität C des Batteriesatzes 10 ist bekannt. Daher wird eine SOC-Änderungsmenge ΔSOC durch eine Integration eines Stromes von der Referenz-SOC_REF und durch Teilen der elektrischen Ladungsmenge (ΔAh), die durch Integration erlangt ist, durch die Vollladekapazität C berechnet (ΔSOC = ΔAh/C). Ein SOC kann durch Zuordnen vorbestimmter Gewichtungen zu der SOC, die durch eine Stromintegration abgeschätzt ist, und den SOC der in Übereinstimmung mit der Offenbarung hochgradig genau abgeschätzt ist (der SOC, der durch Hinzuziehung der SOC-OCV-Kurve abgeschätzt ist) und durch Aufaddieren (mit anderen Worten, Vermischen) dieser SOCs erlangt werden, und die Änderungsmenge des erlangten SOC kann von dem Referenz-SOC_REF berechnet werden. Die Oberflächenspannungskarte MP1A kann ferner zusätzlich zu den drei Parametern gemäß 12 den mittleren Strom IB_ave als den vierten Parameter umfassen.
Steuerung des Flags
Um eine SOC-Änderungsmenge ΔSOC zu berechnen, ist es erforderlich, den Referenz-SOC_REF zu bestimmen, von dem aus eine Stromintegration gestartet wird. Daher steuert bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die ECU 100 ein Flag (Merker, Markierung) F zum Bestimmen des Startpunktes einer Stromintegration. Das Flag F nimmt einen der Werte 1 bis 3 an, und ist in dem Speicher 100B der ECU 100 in einer nichtflüchtigen Weise gespeichert.
13 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Technik zur Steuerung des Flags F bei dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Zustand des Batteriesatzes 10 (eine Kombination von OCV und SOC), der durch das SOC-Abschätzverfahren des m-ten (m ist eine natürliche Zahl) Berechnungszyklus bestimmt ist, ist durch P(m) bezeichnet. 13 zeigt ein Beispiel, bei dem der Batteriesatz 10 geladen wird, und der Zustand P(m) des Batteriesatzes 10 gegen die Lade-OCV aufgetragen ist.
Falls ein Laden des Batteriesatzes 10 von dem Zustand P(m) fortgesetzt wird, wird ein Zustand P(m+1) in dem (m+1)-ten Berechnungszyklus auf der Lade-OCV gemäß 13 aufgetragen. Falls der Batteriesatz 10 von dem Zustand P auf der Lade-OCV weiter geladen wird, wird in dieser Weise das Flag F auf 1 eingestellt. Somit wird ein erstes Abschätzverfahren ausgeführt (siehe die nachstehend beschriebene 15).
Falls andererseits der Batteriesatz 10 von dem Zustand P(m) gemäß 13 entladen wird, weicht der Zustand P(m+1) in dem (m+1)-ten Berechnungszyklus von der Lade-OCV ab, und wird zwischen der Lade-OCV und der Entlade-OCV gemäß 13 aufgetragen. Falls in dieser Weise der Batteriesatz 10 von dem auf der Lade-OCV aufgetragenen Zustand P entladen wird, wird das Flag F auf 3 eingestellt. Somit wird ein drittes Abschätzverfahren (siehe 17) ausgeführt.
Nachfolgend erreicht mit einer Fortsetzung eines Entladens des Batteriesatzes 10 ein Zustand P(m+2) die Entlade-OCV in beispielsweise dem (m+2)-ten Berechnungszyklus (siehe 13). Falls der Batteriesatz 10 von dem Zustand P auf der Entlade-OCV weiter entladen wurde, wird das Flag F auf 2 eingestellt. Somit wird ein zweites Abschätzverfahren (siehe 16) ausgeführt.
In dem Fall, dass F gleich 1 ist, wird, nachdem das erste Abschätzverfahren ausgeführt ist, der Referenz-SOC_REF auf einen neuen SOC aktualisiert (der SOC, der durch das erste Abschätzverfahren abgeschätzt ist). Zusammen mit der Aktualisierung des Referenz-SOC_REF wird eine Stromintegration zur Berechnung einer SOC-Änderungsmenge ΔSOC zurückgesetzt. In dem Fall, dass F = 2 ist, ebenso wie in dem Fall, dass F = 1 ist, wird der Referenz-SOC_REF auf einen SOC aktualisiert, der durch das zweite Abschätzverfahren abgeschätzt ist, und eine Stromintegration wird zurückgesetzt.
Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, dass F = 3 ist, der Referenz-SOC_REF nicht aktualisiert, und wird auf einem Wert vor der Ausführung des dritten Schätzverfahrens gehalten. Darüber hinaus wird eine Stromintegration zur Berechnung einer SOC-Änderungsmenge ΔSOC ebenso fortgeführt. Ein Aktualisieren oder ein Nichtaktualisieren des Referenz-SOC_REF ist nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf den Verfahrensablauf eines Aktualisierungsverfahrens gemäß 18 beschrieben.
SOC-Abschätzablauf
14 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Gesamtablaufs eines SOC-Abschätzverfahrens bei dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Speicher 100B der ECU 100 speichert den Referenz-SOC_REF zusammen mit dem Flag F, das in dem letzten Berechnungszyklus erlangt wurde.
Gemäß 1 und 14 bestimmt die ECU 100 in S301, ob eine Anfangsbedingung zum Abschätzen des SOC des Batteriesatzes 10 schon eingestellt wurde. Kurz nachdem die Zündung des Fahrzeugs 1 eingeschaltet ist (IG-ON), ist beispielsweise keine Anfangsbedingung eingestellt (NEIN in S301). Daher schreitet die ECU 100 das Verfahren zu S302 fort, und liest das Flag F, das in dem Speicher 100B gespeichert ist. Zusätzlich dazu liest die ECU 100 den Referenz-SOC_REF aus dem Speicher 100B aus (S303). Nachfolgend schreitet das Verfahren zu S304 fort. Während einer Ausführung der Serie von Verfahrensschritten gemäß 14 zum zweiten und nachfolgendem Male, wurde die Anfangsbedingung schon eingestellt (JA in S301), und die Verfahrensschritte S302 und S303 werden ausgelassen.
In S304 bestimmt die ECU 100 den Wert des Flags F. Gemäß der vorstehenden Beschreibung führt die ECU 100 das erste Abschätzverfahren aus, falls das Flag F = 1 ist (S400). Falls das Flag F = 2 ist, führt die ECU 100 das zweite Abschätzverfahren aus (S500). Falls das Flag F = 3 ist, führt die ECU 100 das dritte Abschätzverfahren aus (S600). Sowie irgendeines der ersten bis dritten Abschätzverfahren endet, wird das Flag F aktualisiert, das in dem nächsten SOC-Abschätzverfahren verwendet werden wird, und das Aktualisierungsverfahren zum Aktualisieren des Referenz-SOC_REF wird weiter ausgeführt (S700). Nachfolgend kehrt das Verfahren zu der Hauptroutine zurück.
15 zeigt ein Ablaufdiagramm, das das erste Abschätzverfahren veranschaulicht. Gemäß 1 und 15 beschafft in S401 die ECU 100 die Spannung VB, den Strom IB und die Temperatur TB des Batteriesatzes 10 von den Sensoren der Überwachungseinheit 20. Zusätzlich dazu schätzt die ECU 100 in S402 die OCV (OCV_ES) des Batteriesatzes 10 ab. Die Verfahrensschritte S401 und S402 sind jeweils zu den Verfahrensschritten S201 und S202 bei dem ersten Ausführungsbeispiel äquivalent.
In S403 schätzt die ECU 100 einen SOC aus der OCV_ES unter Verwendung der Lade-OCV ab. Der abgeschätzte SOC wird in dem Speicher 100B gespeichert (S404).
16 zeigt ein Ablaufdiagramm, das das zweite Abschätzverfahren veranschaulicht. Gemäß 16 ist das zweite Abschätzverfahren im Wesentlichen zu dem ersten Abschätzverfahren mit der Ausnahme äquivalent, dass in dem Verfahrensschritt S503 die Entlade-OCV anstelle der Lade-OCV verwendet wird, sodass die ausführliche Beschreibung nicht wiederholt wird.
17 zeigt ein Ablaufdiagramm, das das dritte Abschätzverfahren veranschaulicht. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht das dritte Abschätzverfahren einem Beispiel eines SOC-Abschätzverfahrens gemäß der Erfindung. Gemäß 1 und 17 sind die Verfahrensschritte S601 bis S603 jeweils zu den Verfahrensschritten S201 bis S203 (siehe 10) bei dem ersten Ausführungsbeispiel äquivalent.
In S604 berechnet die ECU 100 ein zeitliches Mittel der Temperatur TB des Batteriesatzes 10 innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer (beispielsweise 30 Minuten) in Übereinstimmung mit dem Konzept eines gleitenden Durchschnitts (eines gleitenden Mittels). Eine Temperaturhistorie vor der vorbestimmten Zeitdauer wird überschrieben oder aus dem Speicher 100B gelöscht.
In S605 berechnet die ECU 100 eine SOC-Änderungsmenge ΔSOC. Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird die SOC-Änderungsmenge durch Dividieren der durch eine Stromintegration erlangten elektrischen Ladungsmenge durch die Vollladekapazität C berechnet.
In S606 berechnet die ECU 100 eine Oberflächenspannung σ innerhalb des Negativelektrodenaktivmaterials auf der Grundlage der Verwendungshistorie (TB_ave, ΔSOC, SOC(n-1)) des Batteriesatzes 10 durch Hinzuziehung der Oberflächenspannungskarte MP1A gemäß 12.
In S607 berechnet die ECU 100 eine OCV-Abweichung ΔOCV aus der Oberflächenspannung σ durch Hinzuziehung der OCV-Abweichungskarte MP2 gemäß 9. Die nachfolgenden Verfahrensschritte S608 bis S610 sind jeweils zu den Verfahrensschritten S207 bis S209 (siehe 10) bei dem ersten Ausführungsbeispiel äquivalent.
18 zeigt ein Ablaufdiagramm, das das Aktualisierungsverfahren veranschaulicht. Gemäß 1, 13 und 18 bestimmt die ECU 100 in S701, ob der durch eines der ersten bis dritten Abschätzverfahren erlangte Zustand P (eine Kombination von OCV und SOC) des Batteriesatzes 10 auf der Lade-OCV liegt. Falls der Zustand P auf der Lade-OCV liegt (JA in S701), bestimmt die ECU 100 ferner, ob der Batteriesatz 10 geladen wird (S702). Falls der Strom IB positiv ist, wird bestimmt, dass der Batteriesatz 10 geladen wird. Sofern nicht der Batteriesatz 10 entladen wird, wird der Zustand P auf der Lade-OCV erhalten, und es ist nicht notwendig, zum Abschätzen eines SOC die Technik zu ändern, sodass, auch falls der Strom IB Null ist, bestimmt werden kann, dass der Batteriesatz 10 geladen wird.
Falls der Batteriesatz 10 geladen wird (JA in S702), schreitet die ECU 100 das Verfahren zu S705 fort, und setzt das Flag F auf 1 (siehe 13). Falls andererseits der Zustand P nicht auf der Lade-OCV liegt (NEIN in S701), oder falls der Zustand P auf der Lade-OCV liegt, aber der Batteriesatz 10 entladen wird (NEIN in S702, siehe 13), schreitet die ECU 100 das Verfahren zu S703 fort.
In S703 bestimmt die ECU 100, ob der Zustand P des Batteriesatzes 10 auf der Entlade-OCV liegt. Falls der Zustand P auf der Entlade-OCV liegt (JA in S703), bestimmt die ECU 100 ferner, ob der Batteriesatz 10 entladen wird (S704).
Falls der Batteriesatz 10 entladen wird (JA in S704), schreitet die ECU 100 das Verfahren zu S706 fort, und setzt das Flag F auf 2 (siehe 13). Falls das Flag F auf 1 eingestellt wurde (falls der Verfahrensschritt von S705 ausgeführt wurde), aktualisiert die ECU 100 den Referenz-SOC_REF auf einen neuen SOC, der durch das erste Abschätzverfahren abgeschätzt ist, und setzt die Stromintegration zurück (S708). Falls das Flag F auf 2 eingestellt wurde (falls der Verfahrensschritt von S706 ausgeführt wurde), wird die Referenz-SOC_REF in derselben Weise aktualisiert, und eine Stromintegration wird zurückgesetzt.
Falls im Gegensatz dazu in S703 der Zustand P des Batteriesatzes 10 nicht auf der Entlade-OCV liegt (NEIN in S703), liegt der Zustand P weder auf der Lade-OCV noch auf der Entlade-OCV. Falls der Zustand P des Batteriesatzes 10 auf der Entlade-OCV liegt, aber der Batteriesatz 10 nachfolgend geladen wurde (NEIN in S704), weicht der Zustand P von der Entlade-OCV ab. Falls in dieser Weise der Zustand P weder auf der Lade-OCV liegt, noch auf der Entlade-OCV liegt, schreitet die ECU 100 das Verfahren zu S707 fort, und stellt das Flag F auf 3 ein. Zusätzlich dazu aktualisiert die ECU 100 nicht den Referenz-SOC_REF, und erhält den Wert vor Ausführung des dritten Abschätzverfahrens (der Wert, der durch das erste oder zweite Abschätzverfahren abgeschätzt ist). Die ECU 100 setzt ebenso eine Stromintegration zur Berechnung einer SOC-Änderungsmenge ΔSOC fort (S709).
Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist es gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ebenso wie in dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels durch eine Berücksichtigung der Hysterese der OCV aufgrund einer Oberflächenspannung σ möglich, einen SOC hochgradig genau abzuschätzen, auch falls für die Negativelektrode 117 ein Aktivmaterial verwendet wird, dessen von einem Laden oder Entladen herrührende Volumenänderungsmenge groß ist. Zusätzlich dazu wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Oberflächenspannung σ auf der Grundlage einer SOC-Änderungsmenge ΔSOC unter Verwendung der Oberflächenspannungskarte MP1A von dem Zeitpunkt an berechnet, zu dem die OCV des Batteriesatzes 10 von der Lade-OCV oder der Entlade-OCV abweicht (dem Zeitpunkt, zu dem der Zustand des Batteriesatzes 10 von der Ladekurve CHG oder der Entladekurve DCH abweicht). Somit ist es möglich, eine Berechnungsgenauigkeit einer Oberflächenspannung σ zu verbessern, und durch eine Erweiterung ist es möglich, die Genauigkeit einer Abschätzung einer SOC weiter zu verbessern.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Beispiel beschrieben, bei dem ein SOC getrennt von den ersten bis dritten Abschätzverfahren abgeschätzt wird, und die Oberflächenspannungskarte MP1A nur bei dem dritten Abschätzverfahren verwendet wird. Wahlweise kann ferner eine Oberflächenspannungskarte MP1A, die auf der Lade-OCV verwendet wird, und eine Oberflächenspannungskarte MP1A vorbereitet sein, die auf der Entlade-OCV verwendet wird, und ein SOC kann ebenso unter Verwendung der Karte wie bei dem Fall des Gebietes D zwischen diesen Kurven (während einer Ausführung des dritten Abschätzverfahrens) auf der Lade-OCV oder auf der Entlade-OCV abgeschätzt sein. Auch in einem solchen Fall wird das Flag F gesteuert, um den Referenz-SOC_REF zu aktualisieren und eine Stromintegration zurückzusetzen.
Drittes Ausführungsbeispiel
Es ist ebenso eine Konfiguration vorstellbar, bei der als ein Negativelektrodenaktivmaterial beispielsweise ein Kompositmaterial verwendet wird, das aus einem Komplex ausgebildet ist, der eine siliziumbasierte Verbindung und Graphit enthält. Eine SOC-OCV-Kurve zeigt in dem Fall einer Verwendung eines solchen Kompositmaterials eine Hysteresecharakteristik, die von den Hysteresecharakteristika in dem Fall unterschiedlich ist, bei dem eine siliziumbasierte Verbindung alleine verwendet wird. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist ein SOC-Abschätzverfahren beschrieben, um das Merkmal der Hysteresecharakteristik des Kompositmaterials verwenden zu können.
19 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Hysteresecharakteristik bei dem dritten Ausführungsbeispiel. Falls gemäß 19 ein Kompositmaterial mit einer siliziumbasierten Verbindung und Graphit angewendet wird, ist der SOC-Bereich, in dem die Hysterese der OCV deutlich auftritt, auf einen niedrigen SOC-Bereich begrenzt (einen SOC-Bereich, der niedriger als TH gemäß 19 ist). Der Schwellwert TH wird vorab durch Experimente erlangt. Ein hoher SOC-Bereich (ein SOC-Bereich, der größer oder gleich TH ist) entspricht einem Beispiel eines ersten SOC-Bereiches gemäß der Erfindung, und der niedrige SOC-Bereich entspricht einem Beispiel eines zweiten SOC-Bereiches gemäß der Erfindung.
20 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines SOC-Abschätzverfahrens bei dem dritten Ausführungsbeispiel. Gemäß 1 und 20 liest die ECU 100 in S701 einen in dem letzten Berechnungszyklus abgeschätzten SOC(n-1) aus dem Speicher 100B.
In S702 bestimmt die ECU 100, ob der SOC(n-1) kleiner als der Schwellwert TH ist. Falls der SOC(n-1) kleiner als der Schwellwert TH ist (JA in S702), führt die ECU 100 das SOC-Abschätzverfahren (siehe 10) ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus (S703). Anstelle des SOC-Abschätzverfahrens bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann das dritte Abschätzverfahren (siehe 17) bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden.
Falls der SOC(n-1) größer oder gleich dem Schwellwert TH ist (NEIN in S702), schätzt die ECU 100 im Gegensatz dazu einen SOC unter Verwendung einer normalen Technik ab. Insbesondere schätzt die ECU 100 anfangs die OCV des Batteriesatzes 10 ab (S704). Die ECU 100 schätzt einen SOC(n) in dem gegenwärtigen Berechnungszyklus aus der OCV ab, die in S704 unter Verwendung der normalen SOC-OCV-Kurve abgeschätzt ist, deren Hysterese aufgrund einer Oberflächenspannung σ nicht berücksichtigt wird (S705). Der abgeschätzte SOC(n) wird in dem Speicher 100B gespeichert, und wird in dem Verfahrensschritt von S701 in dem nächsten Berechnungsverfahren verwendet (S706).
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ein SOC unter Berücksichtigung einer Hysterese bei Verwendung eines Kompositmaterials als dem Negativelektrodenaktivmaterial aufgrund einer Oberflächenspannung σ in dem niedrigen SOC-Bereich abgeschätzt, in dem die Hysterese der OCV deutlich auftritt. Andererseits wird in dem hohen SOC-Bereich, in dem keine deutliche Hysterese auftritt, ein SOC in Übereinstimmung mit einer allgemeinen Technik abgeschätzt. Falls eine SOC-Abschätzung unter Berücksichtigung einer Hysterese aufgrund einer Oberflächenspannung σ mit einer SOC-Abschätzung in Übereinstimmung mit einer allgemeinen Technik verglichen wird, benötigt erstere größere Berechnungsressourcen als letztere. Aus diesem Grund ist es durch Verwendung einer normalen Technik in dem hohen SOC-Bereich möglich, Berechnungsressourcen der ECU 100 zu sparen.
Das Beispiel eines Kompositmaterials, das ein siliziumbasiertes Material und Graphit enthält, ist unter Bezugnahme auf 19 und 20 beschrieben.
Solange ein Material nur in einem Teil eines SOC-Bereiches eine deutliche Hysterese zeigt, kann das Negativelektrodenaktivmaterial das Material umfassen. Ein Beispiel eines solchen Materials ist ein Kompositmaterial, das ein siliziumbasiertes Material und Lithiumtitanat enthält. Bei diesem Kompositmaterial ist es bekannt, dass eine deutliche Hysterese in einem hohen SOC-Bereich auftritt. In diesem Fall muss bei dem Verfahrensablauf gemäß 20 lediglich ein Ungleichheitszeichen in dem Bestimmungsverfahrensschritt von S702 umgekehrt werden.
Viertes Ausführungsbeispiel
Bei den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen ist das SOC-Abschätzverfahren des Batteriesatzes 10 beschrieben. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist nachstehend das Verfahren der Bestimmung eines Gesundheitszustandes (sog. „state of health“, SOH) des Batteriesatzes 10, insbesondere das Verfahren einer Berechnung einer Vollladekapazität des Batteriesatzes 10 beschrieben (Vollladekapazitätsberechnungsverfahren).
21 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Vollladekapazitätsberechnungsverfahrens bei dem vierten Ausführungsbeispiel. Gemäß 1 und 21 startet in S801 die ECU 100 eine Stromintegration unter Verwendung des Stromsensors 22.
In S802 führt die ECU 100 das SOC-Abschätzverfahren (siehe 10) zum ersten Mal wie bei dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels durch. Ein durch das SOC-Abschätzverfahren zum ersten Mal abgeschätzter SOC ist als S1 bezeichnet.
Falls zwischen dem SOC-Abschätzverfahren zum ersten Mal und einem SOC-Abschätzverfahren zum zweiten Mal (der Verfahrensschritt von S806) (nachstehend beschrieben) eine übermäßig lange Zeit abläuft, akkumuliert ein Erfassungsfehler des Stromsensors 22, und die Genauigkeit der Berechnung der geladenen oder entladenen elektrischen Ladungsmenge ΔAh zwischen dem SOC-Abschätzverfahren zum ersten Mal und dem SOC-Abschätzverfahren zum zweiten Mal verringert sich. Daher bestimmt in S803 die ECU 100, ob eine zwischen dem SOC-Abschätzverfahren zum ersten Mal und dem SOC-Abschätzverfahren zum zweiten Mal abgelaufene Zeit eine vorbestimmte Zeit ist. Falls eine Zeit abgelaufen ist, die länger als die vorbestimmte Zeit ist (JA in S803), kehrt das Verfahren zu der Hauptroutine zurück, und die Serie von Verfahrensschritten wird wieder von vorne ausgeführt.
Um eine Vollladekapazität C hochgradig genau abzuschätzen, ist es wünschenswert, dass die von dem Batteriesatz 10 zwischen dem SOC-Abschätzverfahren zum ersten Mal und dem SOC-Abschätzverfahren zum zweiten Mal geladene oder entladene elektrische Ladungsmenge ΔAh in einem gewissen Maße groß ist. Falls daher die vorbestimmte Zeit nicht abgelaufen ist (NEIN in S803), schreitet die ECU 100 das Verfahren zu S804 fort, und bestimmt, ob die geladene oder entladene elektrische Ladungsmenge ΔAh größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist (S804). Sowie die geladene oder entladene elektrische Ladungsmenge ΔAh größer oder gleich der vorbestimmten Menge wird (JA in S804), bestimmt die ECU 100, dass die Bedingung zum Ausführen des SOC-Abschätzverfahrens zum zweiten Mal erfüllt ist, und stoppt eine Stromintegration (S805), und führt nachfolgend das SOC-Abschätzverfahren zum zweiten Mal aus (S806). Ein durch das SOC-Abschätzverfahren zum zweiten Mal abgeschätzter SOC ist durch S2 bezeichnet.
Eines oder beide des Abschätzverfahrens zum ersten Mal und des Abschätzverfahrens zum zweiten Mal können das dritte Abschätzverfahren (siehe 17) bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sein. Wie es der Fall bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist, kann eine SOC-Abschätzung unter Berücksichtigung einer Hysterese aufgrund einer Oberflächenspannung σ nur in einem Teil eines SOC-Bereiches durchgeführt werden.
In S807 berechnet die ECU 100 die Vollladekapazität C des Batteriesatzes 10 unter Verwendung von S1, S2 und der geladenen oder entladenen elektrischen Ladungsmenge ΔAh. Die S1 und S2 sind die abgeschätzten Ergebnisse der SOC-Abschätzverfahren. Insbesondere ist die Vollladekapazität C in Übereinstimmung mit dem nachstehenden mathematischen Ausdruck (4) berechnet. $C = Δ Ah / (S 1 - S 2) \times 100$
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ein SOC unter Berücksichtigung einer Hysterese aufgrund einer Oberflächenspannung σ abgeschätzt, und eine Vollladekapazität wird unter Verwendung des abgeschätzten Ergebnisses berechnet. Da es möglich ist, einen SOC unter Berücksichtigung der Hysterese der OCV wie bei dem Fall des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels hochgradig genau abzuschätzen, ist es ebenso möglich, eine Vollladekapazität C hochgradig genau abzuschätzen.
Bei dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel ist das Beispiel beschrieben, bei dem eine siliziumbasierte Verbindung als das Negativelektrodenaktivmaterial verwendet wird, dessen von einem Laden oder Entladen herrührende Volumenänderungsmenge groß ist. Jedoch ist das Negativelektrodenaktivmaterial, dessen von einem Laden oder Entladen herrührende Volumenänderungsmenge groß ist, nicht auf die siliziumbasierte Verbindung begrenzt. In der Spezifikation bedeutet das Negativelektrodenaktivmaterial, dessen Volumenänderungsmenge groß ist, ein Material, dessen Volumenänderungsmenge größer als die von einem Laden oder Entladen herrührende Volumenänderungsmenge (ungefähr 10 %) von Graphit ist. Solch ein Negativelektrodenmaterial einer Lithiumionensekundärbatterie ist eine zinnbasierte Verbindung (Sn, SnO oder dergleichen), eine Germanium (Ge) basierte Verbindung, oder eine Blei (Pb) basierte Verbindung. Die Lithiumionensekundärbatterie ist nicht auf ein flüssiges System begrenzt, und kann ein Polymersystem oder ein Festkörpersystem sein. Falls die Volumenänderungsmenge des Positivelektrodenaktivmaterials groß ist, kann eine Hysterese, die von der positiven Elektrode herrührt, berücksichtigt werden.
Darüber hinaus ist eine Sekundärbatterie, auf die das SOC-Abschätzverfahren gemäß der Erfindung anwendbar ist, nicht auf eine Lithiumionensekundärbatterie beschränkt. Eine andere Sekundärbatterie (beispielsweise eine Nickelmetallhydridbatterie) kann angewendet werden. Eine Oberflächenspannung kann ebenso an der Positivelektrodenseite der Sekundärbatterie auftreten. Daher kann das SOC-Abschätzverfahren gemäß der Erfindung verwendet werden, um eine Oberflächenspannung an der Positivelektrodenseite der Sekundärbatterie zur Zeit des Abschätzens eines SOC berücksichtigt werden.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind rein beschreibend, und nicht in allen Aspekten beschränkend. Der Umfang der Erfindung ist durch Definition der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern ist durch die nachstehenden Patentansprüche definiert. Ferner ist es beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung alle Abweichungen innerhalb des Umfangs der nachstehenden Patentansprüche und deren Äquivalenten umfasst.
Ein Sekundärbatteriesystem umfasst: Eine Sekundärbatterie (10) mit einer Elektrode (115), die ein Aktivmaterial enthält; und eine elektronische Steuereinheit (100), die dazu eingerichtet ist, ein SOC-Abschätzverfahren zum Abschätzen eines SOC der Sekundärbatterie auszuführen. Die elektronische Steuereinheit ist dazu eingerichtet: i) die Oberflächenspannung aus einer Verwendungshistorie der Sekundärbatterie zu berechnen; ii) eine Änderungsmenge einer OCV aus der berechneten Oberflächenspannung zu berechnen; iii) einen abgeschätzten OCV unter Verwendung der OCV-Änderungsmenge zu korrigieren; wobei die abgeschätzte OCV aus einem Spannungswert und einem Stromwert der Sekundärbatterie abgeschätzt wird; und iv) einen SOC abzuschätzen, der der korrigierten abgeschätzten OCV als dem SOC der Sekundärbatterie entspricht.

Claims

Sekundärbatteriesystem, mit: einer Sekundärbatterie (10) mit einer Elektrode (115), wobei die Elektrode ein Aktivmaterial enthält; und einer elektronischen Steuereinheit (100), die zur Ausführung eines SOC-Abschätzverfahrens des Abschätzens eines SOC der Sekundärbatterie unter Verwendung einer ersten Entsprechungsbeziehung und einer zweiten Entsprechungsbeziehung eingerichtet ist, wobei die erste Entsprechungsbeziehung eine Entsprechungsbeziehung zwischen einer OCV und dem SOC der Sekundärbatterie in einem Fall ist, dass eine Oberflächenspannung des Aktivmaterials eine Referenzspannung ist, die zweite Entsprechungsbeziehung eine Entsprechungsbeziehung zwischen der Oberflächenspannung und einer Änderungsmenge der OCV hinsichtlich einer OCV in dem Fall ist, dass die Oberflächenspannung die Referenzspannung ist, und die Änderungsmenge der OCV durch die Oberflächenspannung des Aktivmaterials verursacht ist, wobei bei dem SOC-Abschätzverfahren die elektronische Steuereinheit dazu eingerichtet ist: i) die Oberflächenspannung aus einer Verwendungshistorie der Sekundärbatterie zu berechnen; ii) die Änderungsmenge der OCV aus der berechneten Oberflächenspannung durch Hinzuziehung der zweiten Entsprechungsbeziehung zu berechnen; iii) eine abgeschätzte OCV unter Verwendung der Änderungsmenge der OCV zu korrigieren, wobei die abgeschätzte OCV aus einem Spannungswert und einem Stromwert der Sekundärbatterie abgeschätzt ist; und iv) einen SOC, der der korrigierten abgeschätzten OCV entspricht, als dem SOC der Sekundärbatterie durch Hinzuziehung der ersten Entsprechungsbeziehung abzuschätzen.
Sekundärbatteriesystem nach Anspruch 1, wobei: die elektronische Steuereinheit (100) dazu eingerichtet ist, das SOC-Abschätzverfahren wiederholt auszuführen; und die Verwendungshistorie eine Temperatur der Sekundärbatterie (10), eine Stromeingabe an oder eine -ausgabe von der Sekundärbatterie, eine Änderungsmenge des SOC der Sekundärbatterie und einen in einem letzten SOC-Abschätzverfahren abgeschätzten SOC der Sekundärbatterie umfasst.
Sekundärbatteriesystem nach Anspruch 1, wobei: die elektronische Steuereinheit (100) dazu eingerichtet ist, das SOC-Abschätzverfahren wiederholt auszuführen; und die Verwendungshistorie eine Temperatur der Sekundärbatterie (10), eine Menge einer elektrischen Ladung, die in die oder von der Sekundärbatterie geladen oder entladen wurde, ab einer Zeit, ab der eine Kombination eines SOC und einer OCV der Sekundärbatterie von einer einer Ladekurve und einer Entladekurve der Sekundärbatterie abweicht, und einen in einem letzten SOC-Abschätzverfahren abgeschätzten SOC der Sekundärbatterie umfasst.
Sekundärbatteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die elektronische Steuereinheit (100) einen Speicher (100B) umfasst, der die Verwendungshistorie speichert; und die elektronische Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Oberflächenspannung unter Verwendung der in dem Speicher gespeicherten Verwendungshistorie innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ab Ausführung des SOC-Abschätzverfahrens zu berechnen.
Sekundärbatteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: das Aktivmaterial ein erstes Aktivmaterial und ein zweites Aktivmaterial umfasst; eine Volumenänderungsmenge des zweiten Aktivmaterials, die von einem Laden oder einem Entladen der Sekundärbatterie (10) herrührt, größer als eine Volumenänderungsmenge des ersten Aktivmaterials ist, die von einem Laden oder einem Entladen der Sekundärbatterie herrührt; ein erster SOC-Bereich und ein zweiter SOC-Bereich in einer Entsprechungsbeziehung zwischen der OCV und dem SOC der Sekundärbatterie vorliegen, eine Hysterese der OCV der Sekundärbatterie, die von einem Laden und Entladen der Sekundärbatterie herrührt, in dem zweiten SOC-Bereich größer als eine Hysterese der OCV der Sekundärbatterie ist, die von einem Laden und Entladen der Sekundärbatterie in dem ersten SOC-Bereich herrührt; und die elektronische Steuereinheit (100) dazu eingerichtet ist: i) den SOC der Sekundärbatterie wiederholt abzuschätzen; ii) falls der zuletzt abgeschätzte SOC der Sekundärbatterie innerhalb des zweiten SOC-Bereiches fällt, das SOC-Abschätzverfahren auszuführen; und iii) falls der zuletzt abgeschätzte SOC der Sekundärbatterie innerhalb des ersten SOC-Bereiches fällt, der SOC der Sekundärbatterie in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der OCV und dem SOC abzuschätzen, wobei die Beziehung zwischen der OCV und dem SOC eine andere als die erste Entsprechungsbeziehung oder die zweite Entsprechungsbeziehung ist.
SOC-Abschätzverfahren für eine Sekundärbatterie (10) mit einem Aktivmaterial in einer Elektrode (115) der Sekundärbatterie, mit: Berechnen einer Oberflächenspannung des Aktivmaterials aus einer Verwendungshistorie der Sekundärbatterie; Berechnen einer Änderungsmenge einer OCV der Sekundärbatterie aus der berechneten Oberflächenspannung durch Hinzuziehung einer ersten Entsprechungsbeziehung, wobei die erste Entsprechungsbeziehung eine Entsprechungsbeziehung zwischen der Oberflächenspannung und einer Änderungsmenge der OCV unter Bezugnahme auf eine OCV in einem Fall ist, in dem die Oberflächenspannung eine Referenzspannung ist, die Änderungsmenge der OCV durch die Oberflächenspannung verursacht ist; Korrigieren einer abgeschätzten OCV unter Verwendung der Änderungsmenge der OCV, wobei die abgeschätzte OCV aus einem Spannungswert und einem Stromwert der Sekundärbatterie abgeschätzt ist; und Abschätzen eines SOC, der der korrigierten abgeschätzten OCV entspricht, falls der SOC der Sekundärbatterie durch Hinzuziehung einer zweiten Entsprechungsbeziehung, wobei die zweite Entsprechungsbeziehung eine Entsprechungsbeziehung zwischen einer OCV und einem SOC der Sekundärbatterie in dem Fall ist, dass die Oberflächenspannung die Referenzspannung ist.