DE112012006792B4

DE112012006792B4 - Elektrisches Speichersystem und Verfahren zum Ermitteln eines Zustands von elektrischen Speicherblöcken

Info

Publication number: DE112012006792B4
Application number: DE112012006792.4T
Authority: DE
Inventors: c/o TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI Takahashi Kenji; c/o TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI K Nishi Yuji; c/o TOYOTA JIDOSHA KABUSHI Kaiya Hiroyuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: CN104769768B; DE112012006792T5; US20150212158A1; WO2014024226A1; US9551753B2; CN104769768A; JPWO2014024226A1; JP5962762B2

Abstract

Elektrisches Speichersystem, mit:einer Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken (11), die seriell verschaltet sind, wobei jeder der Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken (11) eine Vielzahl von elektrischen Speicherelementen (12) beinhaltet, die parallel verschaltet sind;einer Vielzahl von Stromunterbrechern (12b), wobei jeder der Vielzahl von Stromunterbrechern (12b) für jedes der Vielzahl von elektrischen Speicherelementen (12) bereitgestellt ist und dazu konfiguriert ist, einen Strompfad in dem elektrischen Speicherelement (12) zu unterbrechen;einem Spannungssensor, der dazu konfiguriert ist, eine Offenschaltkreisspannung des elektrischen Speicherblocks (11) zu erfassen; undeiner Steuereinrichtung (40), die dazu konfiguriert ist, einen Betriebszustand des in dem elektrischen Speicherblock (11) enthaltenen Stromunterbrechers (12b) zu ermitteln,wobei in jedem der Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken (12) eine Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsrate (k1, k2) durch Dividieren der Kapazität der Einzelelektrode (122,125) in einem verschlechtertem Zustand durch die Kapazität der Einzelelektrode (122,125) in einem Anfangszustand definiert wird und eine Variation einer Kapazität des elektrischen Speicherblocks (11) durch Multiplizieren der Kapazität der negativen Elektrode (122) in dem verschlechtertem Zustand mit einem Verschiebeausmaß einer Kompositionsachse der negativen Elektrode (122) relativ zu einer Kompositionsachse der positiven Elektrode (125) definiert wird, unddie Steuereinrichtung (40) ermittelt, dass der Stromunterbrecher (12b) betätigt ist, wenn eine erste Spannungskennlinie (θ) gegenüber einer zweiten Spannungskennlinie (θ) verschoben ist, wobei die erste Spannungskennlinie (θ) von de Spannungssensor erfasst wird und eine Änderung in der Offenschaltkreisspannung in Bezug auf die Kapazität des elektrischen Speicherblocks (11) angibt, und die zweite Spannungskennlinie aus der Kapazitätsretentionsrate (k1, k2) und der Variation der Kapazität berechnet wird und eine Änderung in der Offenschaltkreisspannung in Bezug auf die Kapazität des elektrischen Speicherblocks (11) angibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Speichersystem mit elektrischen Speicherblöcken, bei welchen in jedem eine Vielzahl von elektrischen Speicherelementen mit jeweiligen Stromunterbrechern parallel verschaltet ist, ein Ermitteln eines Betriebszustands des Stromunterbrechers und ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands jedes von einer Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken.
Die Druckschrift JP H05-275116 A (1993) beschreibt eine verbaute bzw. zusammengebaute Batterie bzw. einen Batteriesatz mit einer Konfiguration, in welcher eine Vielzahl von Zellen parallel verschaltet ist und eine Sicherung mit jeder der parallel verschalteten Zellen verbunden ist. Die Sicherung brennt in Antwort auf die Durchleitung eines zu großen Stroms durch, um den Strompfad zu unterbrechen. Die Druckschrift JP 2008-182779 A beschreibt eine Technik, bei welcher die Betätigung eines in einer Batterie enthaltenen Stromunterbrechungsmechanismus auf der Grundlage einer Änderung des Innenwiderstands der Batterie erfasst wird. Die Druckschrift JP 2011-135657 A beschreibt ein Batteriesystem und ein Fahrzeug mit demselben, sowie ein Verfahren zum Erfassen eines Strombegrenzungszustands des Batteriesystems.
Außerdem beinhaltet eine Degradationsbestimmungsvorrichtung gemäß der Druckschrift WO 2011 128756 A : eine Messeinheit, die eine Leerlaufspannungscharakteristik misst, die eine Leerlaufspannungsänderung in Bezug auf eine Lithiumionen-Sekundärbatteriekapazitätsänderung anzeigt, und eine Bestimmungseinheit, die einen Degradationszustand aufgrund von Verschleiß und Ausfällung von Lithium unter Verwendung eines Parameters zum Identifizieren der Leerlaufspannungscharakteristik bestimmt, die im Wesentlichen mit der gemessenen Leerlaufspannungscharakteristik übereinstimmt. Der Parameter beinhaltet Einzelelektrodenkapazitätsretentionsraten, die durch die Ausdrücke (I) positive Elektrodenkapazitätsretentionsrate = degradierte positive Elektrodenkapazität/anfängliche positive Elektrodenkapazität und (II) negative Elektrodenkapazitätsretentionsrate = degradierte negative Elektrodenkapazität/anfängliche negative Elektrodenkapazität und eine Batteriekapazitätsänderung, die durch den Ausdruck (III) Batteriekapazitätsänderung = degradierte negative Elektrodenkapazität x Verschiebung einer Negativelektrodenzusammensetzungsachse in Bezug auf eine Positivelektrodenzusammensetzungsachse ausgedrückt wird.
Ferner beinhaltet gemäß der Druckschrift US 2011 /148361 A1 ein Batteriesystem ein Batteriepack, einen Erfassungsabschnitt, einen Speicherabschnitt und einen Bestimmungsabschnitt. Das Batteriepack beinhaltet parallele Batterieeinheiten. Eine Batterieeinheit beinhaltet einen Strombegrenzungsabschnitt und eine Vielzahl von Batteriezellen. Die Batteriezellen sind parallel miteinander verbunden. Der Erfassungsabschnitt erfasst Spannung und Strom jeder Batterieeinheit und berechnet den kumulierten Stromwert jeder Einheit. Der Speicherabschnitt speichert Referenzspannungswerte, die dem kumulierten Stromwert zuzuordnen sind. Der Bestimmungsabschnitt liest eine der Referenzspannungen, die dem akkumulierten Wert entsprechen, und vergleicht die gelesene Referenzspannung mit der Erfassungsspannung, wodurch bestimmt wird, dass der Strombegrenzungsabschnitt in einen Strombegrenzungszustand gebracht ist, wenn die Differenz zwischen der Erfassungsspannung und der gelesenen Referenzspannung größer als ein vorbestimmter Wert ist.
In der Konfiguration, in welcher die Vielzahl von Zellen parallel verschaltet ist, ändert sich dann, wenn einer der Stromunterbrecher betätigt wird, der Wert des Stroms, der durch die anderen Zellen fließt, die mit den nicht betätigten Stromunterbrechern verbunden sind. Im Einzelnen steigt dann, wenn der Stromunterbrecher betätigt wird, der Strom, der durch die anderen Zellen fließt, die mit den nicht betätigten Stromunterbrechern verbunden sind, an und erhöht die Stromlast auf die Zellen. Es ist folglich notwendig, die Betätigung bzw. Auslösung des Stromunterbrechers zu erfassen, um das Laden und das Entladen der Zellen zu steuern. Der Erfindung liegt als eine Aufgabe zugrunde, die Betätigung eines Stromunterbrechers mit einem gegenüber der in der Druckschrift JP 2008-182779 A beschriebenen Technik anderen Verfahren zu erfassen.
In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein elektrisches Speichersystem bereit mit einer Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken, einer Vielzahl von Stromunterbrechern, einem Spannungssensor, und einer Steuereinrichtung. Der elektrische Speicherblock beinhaltet eine Vielzahl von elektrischen Speicherelementen, die parallel verschaltet sind, und die Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken ist seriell verschaltet. Der Stromunterbrecher ist für jedes der elektrischen Speicherelemente bereitgestellt und dazu konfiguriert, einen Strompfad in dem elektrischen Speicherelement zu unterbrechen. Der Spannungssensor wird zum Erfassen der Offenschaltkreisspannung bzw. Leerlaufspannung bzw. Ruhespannung des elektrischen Speicherblocks verwendet.
In jedem der elektrischen Speicherblöcke werden eine Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsrate und eine Variation einer Kapazität des elektrischen Speicherblocks wie nachstehend definiert.
Die Kapazitätsretentionsrate wird durch Dividieren der Kapazität einer Einzelelektrode in einem verschlechterten Zustand durch die Kapazität der Einzelelektrode in einem Anfangszustand definiert.
Die Variation der Kapazität wird durch Multiplizieren der Kapazität einer negativen Elektrode in dem verschlechterten Zustand mit dem Verschiebeausmaß einer Kompositionsachse der negativen Elektrode relativ zu einer Kompositionsachse einer positiven Elektrode definiert.
Die Steuereinrichtung ermittelt, dass der Stromunterbrecher betätigt ist bzw. wird, wenn eine erste Spannungskennlinie gegenüber einer zweiten Spannungskennlinie verschoben ist. Die erste Spannungskennlinie wird von dem Spannungssensor erfasst und gibt eine Änderung in der Offenschaltkreisspannung in Bezug auf die Kapazität des elektrischen Speicherblocks an. Die zweite Spannungskennlinie wird aus der Kapazitätsretentionsrate und der Variation der Kapazität berechnet und gibt eine Änderung in der Offenschaltkreisspannung in Bezug auf die Kapazität des elektrischen Speicherblocks an.
In dem ersten Aspekt der Erfindung fällt dann, wenn nur die Verschlechterung des elektrischen Speicherelements auftritt, die zweite Spannungskennlinie mit der ersten Spannungskennlinie zusammen bzw. stimmt mit dieser überein. Nachdem der Stromunterbrecher betätigt ist, fließt in dem mit diesem betätigten Stromunterbrecher versehenen elektrischen Speicherelement kein Strom, so dass die Kapazität des diesen betätigten Stromunterbrecher beinhaltenden elektrischen Speicherblocks verringert ist. Folglich ist dann, wenn der Stromunterbrecher betätigt ist, die erste Spannungskennlinie gegenüber der zweiten Spannungskennlinie verschoben, welche(s) beobachtet wird, wenn nur die Verschlechterung des elektrischen Speicherelements auftritt. Infolge dessen wird das Vorhandensein oder Fehlen der Verschiebung der ersten Spannungskennlinie gegenüber der zweiten Spannungskennlinie untersucht, um die Ermittlung zu ermöglichen, ob der Stromunterbrecher betätigt ist oder nicht.
In einem ersten Verfahren des Vergleichens der ersten Spannungskennlinie mit der zweiten Spannungskennlinie wird zunächst ein erster Summenwert durch aufsummieren von von einem Stromsensor während einer Änderung in der Offenschaltkreisspannung des elektrischen Speicherblocks (Entladung oder Ladung) von einer ersten Spannung auf eine zweite Spannung erfassten Strömen berechnet. Ein zweiter Summenwert wird unter Verwendung der zweiten Spannungskennlinie berechnet, wobei der zweite Summenwert ein aktueller Summenwert während einer Änderung in der Offenschaltkreisspannung des elektrischen Speicherblocks (Entladung oder Ladung) von der ersten Spannung auf die zweite Spannung ist. Wenn die erste Spannungskennlinie gegenüber der zweiten Spannungskennlinie verschoben ist, unterscheidet sich der erste Summenwert von dem zweiten Summenwert. Es kann ermittelt werden, dass der Stromunterbrecher betätigt ist, wenn der Unterschied bzw. die Differenz zwischen dem ersten Summenwert und dem zweiten Summenwert gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
In einem zweiten Verfahren des Vergleichens der ersten Spannungskennlinie mit der zweiten Spannungskennlinie wird zunächst ein Summenwert durch aufsummieren von von dem Stromsensor während einer Änderung in der Offenschaltkreisspannung des elektrischen Speicherblocks von der ersten Spannung auf die zweite Spannung erfassten Strömen berechnet. Eine geschätzte Spannung wird unter Verwendung der zweiten Spannungskennlinie berechnet, wobei die geschätzte Spannung eine Spannung ist, die erhalten wird, wenn die Kapazität des elektrischen Speicherblocks durch den Summenwert von einem der ersten Spannung zugeordneten Kapazitätsniveau geändert wird. Wenn die erste Spannungskennlinie gegenüber der zweiten Spannungskennlinie verschoben ist, unterscheidet sich die tatsächlich gemessene zweite Spannung von der geschätzten Spannung. Es kann ermittelt werden, dass der Stromunterbrecher betätigt ist, wenn der Unterschied zwischen der zweiten Spannung und der geschätzten Spannung gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Die Berechnung der zweiten Spannungskennlinie kann unter Verwendung von Information durchgeführt werden, die eine zu der der ersten Spannungskennlinie gleiche Kennlinie bei der ersten Spannung und einer dritten Spannung, welche sich von der zweiten Spannung unterscheidet, angibt. Der verschlechterte Zustand kann ein verschlechterter Zustand sein, der aufgrund von Verschleiß des elektrischen Speicherelements auftritt. Für die Verschlechterung aufgrund von Verschleiß kann die Beziehung zwischen der Kapazitätsretentionsrate und der Variation der Kapazität bestimmt werden, um die zweite Spannungskennlinie abzuschätzen, zum Beispiel durch vorangehendes Durchführen eines Experiments.
Wenn das elektrische Speicherelement eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist, kann die Variation der Kapazität eine Variation ausschließlich einer Variation der Kapazität aufgrund einer Präzipitation bzw. Ausfällung von Lithium sein. In der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie treten sowohl die Verschlechterung aufgrund von Verschleiß als auch die Verschlechterung aufgrund der Präzipitation von Lithium auf. Zum Bestimmen der Beziehung zwischen der Kapazitätsretentionsrate und der Variation der Kapazität auf Grundlage der Verschlechterung aufgrund von Verschleiß muss die Verschlechterung aufgrund von Präzipitation von Lithium aus dem tatsächlichen Verschlechterungszustand entfernt bzw. eliminiert werden. Die Verschlechterung aufgrund von Präzipitation von Lithium kann in einer tatsächlichen Umgebung, in der die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendet wird, abgeschätzt werden.
In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren bereit zum Ermitteln eines Zustands von jedem einer Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken, die in Reihe verschaltet sind, wobei jeder der elektrischen Speicherblöcke eine Vielzahl von elektrischen Speicherelementen beinhaltet, die parallel verschaltet sind. Jedes der elektrischen Speicherelemente beinhaltet einen Stromunterbrecher, der dazu konfiguriert ist, einen Strompfad in dem elektrischen Speicherelement zu unterbrechen. Eine Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsrate und eine Variation einer Kapazität des elektrischen Speicherblocks sind wie vorstehend erwähnt definiert. Wie in dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben wurde, wird ermittelt, dass der Stromunterbrecher betätigt ist, wenn eine erste Spannungskennlinie gegenüber einer zweiten Spannungskennlinie verschoben ist. In Übereinstimmung mit dem zweiten Aspekt der Erfindung können dieselben Vorteile wie diejenigen in dem ersten Aspekt erzielt werden.

[1] Ein Diagramm, das die Konfiguration eines Batteriesystems zeigt.
[2] Ein Diagramm, das die Konfiguration einer zusammengebauten Batterie zeigt.
[3] Ein Diagramm, das die Konfiguration einer Zelle zeigt.
[4] Ein Diagramm zum allgemeinen Beschreiben der internen Konfiguration der durch ein Batteriemodell repräsentierten Zelle.
[5] Ein Graph, der die Kennlinie von Änderungen in einer Offenschaltkreisspannung in Bezug auf Änderungen in einem lokalen Ladezustand bzw. SOC (State of Charge) zeigt.
[6] Ein Graph, der eine Änderung in einem Diffusionskoeffizienten in Bezug auf eine Änderung in der Batterietemperatur zeigt.
[7] Ein Graph, der Änderungen in einer Einzelelektroden-Offenschaltkreisspannung mit Verringerungen in der Einzelelektrodenkapazität zeigt.
[8] Ein Graph zum Beschreiben einer Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmung zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode.
[9] Ein Graph zum Beschreiben der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmung aufgrund von Verschlechterung.
[10] Ein Diagramm zum Beschreiben eines Beziehungsausdrucks, der zwischen einer mittleren Laderate innerhalb eines aktiven Materials einer positiven Elektrode und einer mittleren Laderate innerhalb eines aktiven Materials einer negativen Elektrode gilt.
[11] Ein Ablaufdiagramm, das die Verarbeitung des Auffindens von Verschlechterungsparametern zeigt.
[12] Ein Graph, der die Kennlinie von Änderungen in der Offenschaltkreisspannung an dem Batteriemodell und die Kennlinie von Änderungen in der Offenschaltkreisspannung als tatsächlich gemessene Werte zeigt.
[13] Ein Ablaufdiagramm, das die Verarbeitung des Ermittelns des Betriebszustands eines Stromunterbrechers zeigt.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Nachstehend wird ein Batteriesystem (entsprechend einem elektrischen Speichersystem gemäß der Erfindung), welches ein Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung ist, unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das die Konfiguration des Batteriesystems zeigt. Das Batteriesystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist an einem Fahrzeug verbaut.
Beispiele des Fahrzeugs beinhalten ein hybrides Fahrzeug bzw. Hybridfahrzeug und ein Elektrofahrzeug. Das hybride Fahrzeug beinhaltet eine Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzelle zusätzlich zu einer zusammengesetzten bzw. verbauten Batterie bzw. einem Batteriesatz, die bzw. der noch zu beschreiben ist, als die Leistungsquelle zum Antreiben des Fahrzeugs. Das Elektrofahrzeug beinhaltet nur die verbaute Batterie, die noch zu beschreiben ist, als die Leistungsquelle zum Antreiben des Fahrzeugs.
Ein Systemhauptrelais SMR-B ist an einer Positivelektrodenleitung PL, die mit einem Anschluss einer positiven Elektrode einer verbauten Batterie 10 verbunden ist, bereitgestellt. Das Systemhauptrelais SMR-B wird in Antwort auf ein Steuersignal von einer Steuereinrichtung 40 zwischen den Zuständen EIN und AUS geschaltet. Ein Systemhauptrelais SMR-G ist an einer Negativelektrodenleitung NL, die mit einem Anschluss einer negativen Elektrode der verbauten Batterie 10 verbunden ist, bereitgestellt. Das Systemhauptrelais SMR-G wird in Antwort auf ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 40 zwischen den Zuständen EIN und AUS geschaltet.
Das Systemhauptrelais SMR-G ist parallel zu einem Systemhauptrelais SMR-P und einem Strombegrenzungswiderstand R verschaltet. Das Systemhauptrelais SMR-P und der Strombegrenzungswiderstand R sind seriell verschaltet. Das Systemhauptrelais SMR-P wird in Antwort auf ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 40 zwischen den Zuständen EIN und AUS geschaltet. Der Strombegrenzungswiderstand R wird dazu verwendet, zu verhindern, dass bei dem Verbinden der verbauten Batterie 10 mit einer Last (speziell einer noch zu beschreibenden Hochsetzschaltung 33) ein Einschaltstrom fließt.
Bei dem Verbinden der verbauten Batterie 10 mit der Last schaltet die Steuereinrichtung 40 das Systemhauptrelais SMR-B und SMR-P von AUS auf EIN. Dieses kann einen Strom durch den Strombegrenzungswiderstand R leiten, um das Fließen des Einschaltstroms zu verhindern. Wenn ein Zündschalter des Fahrzeugs von AUS auf EIN geschaltet wird, wird die verbaute Batterie 10 mit der Last verbunden. Information über die Zustände EIN und AUS des Zündschalters wird der Steuereinrichtung 40 zugeführt.
Als Nächstes schaltet die Steuereinrichtung das Systemhauptrelais SMR-G von AUS auf EIN, und schaltet dann das Systemhauptrelais SMR-P von EIN auf AUS. Dieses vervollständigt die Verbindung zwischen der verbauten Batterie 10 und der Last, um das in 1 gezeigte Batteriesystem in einen Anlaufzustand (bereit-eingeschaltet) zu versetzen. Andererseits schaltet bei einem Unterbrechen der Verbindung zwischen der verbauten Batterie 10 und der Last die Steuereinrichtung 40 die Systemhauptrelais SMR-B und SMR-G von EIN auf AUS. Dieses kann den Betrieb des 1 gezeigten Batteriesystems anhalten. Wenn der Zündschalter von EIN auf AUS geschaltet wird, wird die Verbindung zwischen der verbauten Batterie 10 und der Last unterbrochen.
Eine Überwachungseinheit 20 erfasst eine Spannung der verbauten Batterie 10 (jedes von noch zu beschreibenden Batterieblöcken 11) und gibt das Erfassungsergebnis an die Steuereinrichtung 40 aus. Ein Temperatursensor 31 erfasst eine Temperatur der verbauten Batterie 10 und gibt das Erfassungsergebnis an die Steuereinrichtung 40 aus. Ein Stromsensor 32 erfasst einen Wert von durch die verbaute Batterie 10 fließenden Stroms und gibt das Erfassungsergebnis an die Steuereinrichtung 40 aus. Zum Beispiel kann während der Entladung der verbauten Batterie 10 ein positiver Wert als der durch den Stromsensor 32 erfasste Stromwert verwendet werden, und kann während der Ladung der verbauten Batterie 10 ein negativer Wert als der durch den Stromsensor 32 erfasste Stromwert verwendet werden.
Der Stromsensor 32 ist nur erforderlich, um den Wert des Stroms zu erfassen, der durch die verbaute Batterie 10 fließt, und kann auf der Negativelektrodenleitung NL statt auf der Positivelektrodenleitung PL bereitgestellt sein. Eine Vielzahl von Stromsensoren 32 kann verwendet werden. In Anbetracht der Kosten und der Größe ist bevorzugt wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein einzelner Stromsensor 32 für die nur eine verbaute Batterie 10 bereitgestellt.
Die Steuereinrichtung 40 enthält einen Speicher 41. Der Speicher 41 speichert ein Programm zum Betreiben der Steuereinrichtung 40 und bestimmte Information. Der Speicher 41 kann außerhalb der Steuereinrichtung 40 bereitgestellt sein.
Die Hochsetzschaltung 33 erhöht die Spannungsausgabe aus der verbauten Batterie 10 und gibt die Leistung bzw. Energie mit der erhöhten Spannung an einen Inverter 34 aus. Die Hochsetzschaltung 33 kann eine Spannungsausgabe aus dem Inverter 34 verringern und die Leistung bzw. Energie mit der verringerten Spannung an die verbaute Batterie 10 ausgeben. Die Hochsetzschaltung 33 wird in Antwort auf ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 40 betrieben. Obwohl die Hochsetzschaltung 33 in dem Batteriesystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet wird, kann die Hochsetzschaltung 33 weggelassen sein.
Der Inverter 34 wandelt die von der Hochsetzschaltung 33 ausgegebene Gleichsignalleistung in eine Wechselsignalleistung um und gibt die Wechselsignalleistung an einen Motorgenerator 35 aus. Der Inverter 34 wandelt eine durch den Motorgenerator 35 erzeugte Wechselsignalleistung in eine Gleichsignalleistung um und gibt die Gleichsignalleistung an die Hochsetzschaltung 33 aus. Zum Beispiel kann ein Dreiphasen-Wechselsignalmotor bzw. Wechselstrommotor als der Motorgenerator 35 verwendet werden.
Der Motorgenerator 35 empfängt die Wechselsignalleistung von dem Inverter 34, um eine kinetische Energie zum Antreiben des Fahrzeugs zu erzeugen. Um das Fahrzeug mit der von der verbauten Batterie 10 ausgegebenen elektrischen Energie anzutreiben, wird die durch den Motorgenerator 35 erzeugte kinetische Energie an Räder übertragen.
Zum Beschleunigen oder Anhalten des Fahrzeugs wandelt der Motorgenerator 35 eine kinetische Energie, die bei dem Bremsen des Fahrzeugs erzeugt wurde, in eine elektrische Energie (Wechselsignalleistung) um. Der Inverter 34 wandelt die durch den Motorgenerator 35 produzierte Wechselsignalleistung in eine Gleichsignalleistung um und gibt die Gleichsignalleistung an die Hochsetzschaltung 33 aus. Die Hochsetzschaltung 33 gibt die elektrische Leistung aus dem Inverter 34 an die verbaute Batterie 10 aus. Folglich kann die verbaute Batterie 10 die regenerative elektrische Leistung akkumulieren.
2 zeigt die Konfiguration der verbauten Batterie 10. Die verbaute Batterie bzw. der Batteriesatz 10 beinhaltet eine Vielzahl von Batterieblöcken (entsprechend elektrischen Speicherblöcken in der Erfindung) 11, die seriell verschaltet bzw. miteinander verbunden sind. Die serielle Verschaltung der Vielzahl von Batterieblöcken 11 kann die Ausgangsspannung der verbauten Batterie 10 sicherstellen. Die Anzahl der Batterieblöcke 11 kann in Anbetracht der Spannung, die die verbaute Batterie 10 bereitstellen muss, geeignet festgelegt sein.
Jeder der Batterieblöcke 11 weist eine Vielzahl von Zellen (entsprechend elektrischen Speicherelementen in der Erfindung) 12 auf, die parallel verschaltet bzw. miteinander verbunden sind. Die parallele Verschaltung der Vielzahl von Zellen 12 kann die Vollladungskapazität des Batterieblocks 11 (des Batteriesatzes 10) erhöhen und die Reichweite erweitern, über welche das Fahrzeug mit der Ausgabe aus dem Batteriesatz 10 fahrbar ist. Die Anzahl der Zellen 12, die jeden der Batterieblöcke 11 bilden, kann in Anbetracht der Vollladungskapazität, die die verbaute Batterie 10 (der Batterie Block 11) bereitstellen muss, geeignet festgelegt sein.
Da die Vielzahl von Batterieblöcken 11 seriell verschaltet ist, fließt ein gleicher Strom durch die Batterieblöcke 11. Da die Vielzahl von Zellen 12 in jedem der Batterieblöcke 11 parallel verschaltet ist, wird der Wert des durch jede der Zellen 12 fließenden Stroms durch Teilen des durch den Batterieblock 11 fließenden Stroms durch die Gesamtzahl der Zellen 12, die den Batterieblock 11 bilden, erhalten. Genauer berechnet sich unter der Annahme, dass N die Gesamtzahl der den Batterieblock 11 bildenden Zellen 12 ist und Is den Wert des durch den Batterieblock 11 fließenden Stroms repräsentiert, der Wert des durch jede der Zellen 12 fließenden Stroms aus Is/N. Es sei hierin angenommen, dass keine Schwankungen des Innenwiderstands zwischen der Vielzahl von Zellen 12, die den Batterieblock 11 bilden, auftreten.
Die Zelle 12 kann durch Verwenden einer sekundären Batterie oder Sekundärbatterie wie beispielsweise einer Nickel Metall-Hydrid-Batterie oder einer Lithium-Ionen-Batterie bereitgestellt sein. Ein elektrischer Doppelschichtkondensator kann anstelle der Sekundärbatterie verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Zelle des Typs 18650 als die Zelle 12 verwendet werden. Die Zelle des Typs 18650 ist von einem so genannten Zylinder-Typ mit einem Durchmesser von 18 mm und einer Länge von 65,0 mm. Die Zelle vom Zylindertyp hat ein Zellengehäuse mit zylindrischer Form und ein Leistung erzeugendes Element, das in der Lage ist, zu laden und zu entladen, und in dem Zellengehäuse untergebracht ist. Die Konfiguration des leistungserzeugenden Elements wird später beschrieben.
Wie in 3 gezeigt ist, weist die Zelle 12 ein Leistung erzeugendes Element 12a und einen Stromunterbrecher 12b auf. Das Leistung erzeugende Element 12a und der Stromunterbrecher 12b sind in einem Zellengehäuse untergebracht, das als die Außenhülle der Zelle 12 dient. Das Leistung erzeugende Element 12a ist ein Element, das für das Laden und Entladen verantwortlich ist und eine Positivelektrodenplatte, eine Negativelektrodenplatte und einen zwischen der Positivelektrodenplatte und der Negativelektrodenplatte angeordneten Separator beinhaltet. Die Positivelektrodenplatte beinhaltet eine Kollektorplatte und eine Schicht aus aktivem Material für die positive Elektrode, die auf einer Oberfläche der Kollektorplatte ausgebildet ist. Die Negativelektrodenplatte beinhaltet eine Kollektorplatte und eine Schicht aus aktivem Material für die negative Elektrode, die auf einer Oberfläche der Kollektorplatte ausgebildet ist. Die Schicht aus aktivem Material für die positive Elektrode beinhaltet ein aktives Material für die positive Elektrode, ein leitendes Mittel und dergleichen. Die Schicht aus aktivem Material für die negative Elektrode beinhaltet ein aktives Material für die negative Elektrode, ein leitendes Mittel und dergleichen.
Wenn zum Beispiel die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie als die Zelle 12 verwendet wird, kann die Kollektorplatte der Positivelektrodenplatte aus Aluminium hergestellt sein, und kann die Kollektorplatte der Negativelektrodenplatte aus Kupfer hergestellt sein. LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂ kann beispielsweise als das aktive Material für die positive Elektrode verwendet werden, und Carbon bzw. Kohlenstoff kann beispielsweise als das aktive Material für die negative Elektrode verwendet werden. Der Separator, die Schicht aus aktivem Material für die positive Elektrode, und die Schicht aus aktivem Material für die negative Elektrode sind mit einer elektrolytischen Lösung imprägniert. Anstelle des Separators bzw. Trennelements (der bzw. das die elektrolytische Lösung enthält) kann eine feste Elektrolytschicht zwischen der Positivelektrodenplatte und der Negativelektrodenplatte platziert sein.
Der Stromunterbrecher 12b wird dazu verwendet, einen Strompfad innerhalb der Zelle 12 zu unterbrechen. Der Stromunterbrecher 12b kann betätigt werden, um den Strompfad innerhalb der Zelle 12 zu unterbrechen. Zum Beispiel kann eine Sicherung, ein PTC (Positive Temperature Coefficient)-Element, oder ein Stromunterbrechungsventil als der Stromunterbrecher 12b verwendet werden. Diese Stromunterbrecher 12b können individuell bzw. einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Die als der Stromunterbrecher 12b dienende Sicherung kann in Abhängigkeit von dem Wert von durch die Sicherung fließenden Stroms durchbrennen bzw. schmelzen. Die durchgebrannte Sicherung kann den Strompfad innerhalb der Zelle 12 mechanisch unterbrechen. Dies kann verhindern, dass ein zu großer Strom durch das Leistung erzeugende Element 12a fließt, um die Zelle 12 (das Leistung erzeugende Element 12a) zu schützen. Die als der Stromunterbrecher 12b dienende Sicherung kann in dem Zellengehäuse aufgenommen sein, oder kann außerhalb des Zellengehäuses bereitgestellt sein. Auch wenn die Sicherung außerhalb des Zellengehäuses bereitgestellt ist, ist die Sicherung für jede der Zellen 12 bereitgestellt und seriell mit der entsprechenden Zelle 12 verschaltet bzw. verbunden.
Das als der Stromunterbrecher 12b dienende PTC-Element ist auf dem Strompfad in der Zelle 12 platziert, und der Widerstand des PTC-Elements nimmt mit steigender Temperatur des PTC-Elements zu. Wenn der durch das PTC-Element fließende Strom ansteigt, steigt die Temperatur des PTC-Elements mit Joule-Wärme bzw. ohmscher Temperatur an. Im Ansprechen auf den Temperaturanstieg in dem PTC-Element wird der Widerstand des PTC-Elements erhöht, um zu ermöglichen, dass der Strom in dem PTC-Element unterbrochen wird. Dies kann verhindern, dass ein zu großer Strom durch das Leistung erzeugende Element 12a fließt, um die Zelle 12 (das Leistung erzeugende Element 12a) zu schützen.
Das als der Stromunterbrecher 12b dienende Stromunterbrechungsventil kann im Ansprechen auf eine Erhöhung des Innendrucks der Zelle 12 verformt werden, um die mechanische Verbindung zu dem Leistung erzeugenden Element 12a zu unterbrechen und dadurch den Strompfad innerhalb der Zelle 12 zu unterbrechen. Die Zelle 12 ist hermetisch versiegelt, und wenn aufgrund einer Überladung oder dergleichen von dem Leistung erzeugenden Element 12a Gas erzeugt wird, wird der Innendruck der Zelle 12 erhöht. Die Zelle 12 (das Leistung erzeugende Element 12a) befindet sich während der Produktion des Gases von dem Leistung erzeugenden Element 12a in einem abnormalen Zustand. Im Ansprechen auf den erhöhten Innendruck der Zelle 12 kann das Stromunterbrechungsventil verformt werden, um die mechanische Verbindung zu dem Leistung erzeugenden Element 12a zu unterbrechen. Dies kann verhindern, dass ein Lade- oder Entladestrom durch das abnormale Leistung erzeugende Element 12a fließt, um die Zelle 12 (das Leistung erzeugende Element 12a) zu schützen.
Wenn der Stromunterbrecher 12b in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel betätigt ist, fließt kein Strom durch die mit diesem Stromunterbrecher 12b versehene Zelle 12. Da die Vielzahl von Zellen 12 innerhalb des Batterieblocks 11 parallel verschaltet ist, wird die Vollladungskapazität des den betätigten Stromunterbrecher 12b beinhaltenden Batterieblocks 11 kleiner als die Vollladungskapazität des Batterieblocks 11, welcher irgendeinen Stromunterbrecher 12b im betätigten Zustand nicht enthält bzw. welcher keinen betätigten Stromunterbrecher 12b enthält.
Wenn der Stromunterbrecher 12b in dem Batterieblock 11 betätigt ist, wird die mit diesem Stromunterbrecher 12b versehene Zelle 12 aus der parallelen Verschaltung zu den anderen Zellen 12 herausgetrennt bzw. gelöst. Dies entspricht einer Verringerung der den Batterieblock 11 bildenden Anzahl der Zellen 12. Die Vollladungskapazität des Batterieblocks 11 hängt von der Anzahl der Zellen 12 ab, die den Batterieblock 11 bilden. Wenn die Anzahl der Zellen 12 reduziert ist, ist die Vollladungskapazität des Batterieblocks 11 reduziert.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Betätigung des Stromunterbrechers 12b unter Verwendung des Kapazitätsunterschieds zwischen dem Batterieblock 11, in welchem ein beliebiger Stromunterbrecher 12b betätigt ist, und dem Batterieblock 11, in dem kein Stromunterbrecher 12b betätigt ist, erfasst. Im Folgenden erfolgt eine Beschreibung eines Verfahrens zum Erfassen des Betriebszustands bzw. betätigten Zustands des Stromunterbrechers 12b.
Zunächst wird ein in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendetes Batteriemodell beschrieben. Das nachstehend beschriebene Batteriemodell ist so ausgebildet, dass es ein nichtlineares Modell zum Erlauben einer dynamischen Schätzung eines internen Verhaltens durch Berücksichtigen einer elektrochemischen Reaktion innerhalb der Sekundärbatterie beinhaltet. Die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie wird als die Zelle 12 verwendet.
4 ist ein konzeptionelles Diagramm zum allgemeinen Beschreiben der internen Konfiguration der Zelle 12, die durch das Batteriemodell repräsentiert wird.
Wie in 4 gezeigt ist, beinhaltet die Zelle 12 eine negative Elektrode 122, einen Separator 124, und eine positive Elektrode 125. Der Separator 124 wird durch Imprägnieren der elektrolytischen Lösung in ein zwischen der negativen Elektrode 122 und der positiven Elektrode 125 bereitgestelltes Harz gebildet.
Die negative Elektrode 122 und die positive Elektrode 125 sind aus Gruppen von sphärischen aktiven Materialien 128n bzw. 128p gebildet. Während der Entladung der Zelle 12 tritt an dem Übergang des aktiven Materials 128n der negativen Elektrode 122 eine chemische Reaktion auf, um Lithium-Ionen Li+ und Elektronen e- freizusetzen. Darüber hinaus tritt an dem Übergang des aktiven Materials 128p der positiven Elektrode 125 eine chemische Reaktion auf, um Lithium-Ionen Li+ und Elektronen e- zu absorbieren. Während des Ladens der Zelle 12 treten in Bezug auf die Freisetzung und die Absorption von Elektronen e- zu den vorstehend beschriebenen umgekehrte Reaktionen auf.
Die negative Elektrode 122 ist mit einem Stromkollektor 123 zum Absorbieren der Elektronen e- versehen, und die positive Elektrode 125 ist mit einem Stromkollektor 126 zum Freisetzen der Elektronen e- versehen. Der Stromkollektor 123 für die negative Elektrode ist vorwiegend aus Kupfer hergestellt, und der Stromkollektor 126 für die positive Elektrode ist vorwiegend aus Aluminium hergestellt. Der Stromkollektor 123 ist mit einem negativen Elektrodenanschluss versehen, und der Stromkollektor 126 ist mit einem positiven Elektrodenanschluss versehen. Die Lithium-Ionen Li+ werden durch den Separator 124 geleitet, um ein Laden oder Entladen der Zelle 12 zum Erzeugen eines Ladestroms oder eines Entladestroms zu erzielen.
Die Lade- und Entladezustände innerhalb der Zelle 12 hängen von Lithium-Konzentrationsverteilungen in den aktiven Materialien 128n und 128p der Elektrode (negative Elektrode 122 und positive Elektrode 125) ab. Das Lithium entspricht einer Substanz, die in die Reaktion in der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie involviert ist.
Die Summe eines rein elektrischen Widerstands (reiner Widerstand) Rd gegen die Bewegung der Elektronen e- und eines Ladungs- bzw. Ladeübertragungswiderstands (Reaktionswiderstand) Rr, der bzw. die äquivalent als ein elektrischer Widerstand dann wirkt bzw. wirken, wenn ein Reaktionsstrom an dem Übergang des aktiven Materials in der negativen Elektrode 122 und der positiven Elektrode 125 auftritt, entspricht einem Gleichsignal- oder Gleichstromwiderstand, wenn die Zelle 12 aus einer makroskopischen Sichtweise betrachtet wird. Der makroskopische Gleichsignalwiderstand wird in der nachfolgenden Beschreibung auch als ein Gleichstromwiderstand Ra bezeichnet. Die Diffusion des Lithium Li innerhalb des aktiven Materials 128n und 128p wird von einem Diffusionskoeffizienten Ds bestimmt.
In Ausdrücken für das hierin beschriebene Batteriemodell ist das Batteriemodell so aufgebaut, dass der Einfluss der elektrischen Doppelschichtkapazität ignoriert wird, da deren Einfluss bei Raumtemperatur klein ist. Das Batteriemodell ist als ein Modell pro Einheitselektrodenplattenfläche der Elektrode definiert. Die Verwendung des Modells pro Einheitselektrodenplattenfläche der Elektrode erlaubt die Verallgemeinerung des Modells für eine Entwurfskapazität.
Für eine Batteriespannung V, die der Ausgangsspannung der Zelle 12 entspricht, gilt der folgende Ausdruck (1), in welchem eine Batterietemperatur T, ein Batteriestrom I, eine Leerlauf-bzw. Offenschaltkreisspannung OCV, und der makroskopische Gleichstromwiderstand Ra der Zelle 12 insgesamt verwendet werden. Der Batteriestrom I repräsentiert den Wert von Strom pro Einheitselektrodenplattenfläche. Genauer ist der Batteriestrom I als I = Ib/S definiert, worin Ib den Batteriestrom (den durch den Stromsensor 32 messbaren Stromwert), der durch den positiven Elektrodenanschluss und den negativen Elektrodenanschluss fließt, repräsentiert, und S die Fläche beider Oberflächen der Elektrodenplatte repräsentiert. Im Folgenden bezieht sich der in dem Batteriemodell beschriebene Strom auf den Strom pro Einheitselektrodenplattenfläche, soweit nicht anders angegeben.
$\begin{array}{l} V = O C V (θ_{1}, θ_{2}) - R_{a} (θ_{1}, θ_{2}, T) \times I \\ = U_{1} (θ_{1}) - U_{2} (θ_{2}) - R_{a} (θ_{1}, θ_{2}, T) \times I \end{array}$
θ₁ und θ₂ repräsentieren einen lokalen Ladezustand bzw. SOC (State of Charge) an der Oberfläche des aktiven Materials der positiven Elektrode bzw. einen lokalen Ladezustand an der Oberfläche des aktiven Materials der negativen Elektrode. Die Offenschaltkreisspannung OCV wird durch eine Potenzialdifferenz zwischen einem Offenschaltkreispotenzial U₁ der positiven Elektrode und einem Offenschaltkreispotenzial U₂ der negativen Elektrode repräsentiert. Wie in 5 gezeigt ist, haben das Offenschaltkreispotenzial U₁ der positiven Elektrode und das Offenschaltkreispotenzial U₂ der negativen Elektrode die Eigenschaften, sich in Abhängigkeit von dem lokalen Ladezustand θ₁ bzw. dem lokalen Ladezustand θ₂ zu ändern. In einem Anfangszustand der Zelle 12 kann die Beziehung zwischen dem lokalen Ladezustand θ₁ und dem Offenschaltkreispotenzial U₁ der positiven Elektrode und die Beziehung zwischen dem lokalen Ladezustand θ₂ und dem Offenschaltkreispotenzial U₂ der negativen Elektrode vorab gemessen werden. Dies kann eine Eigenschaftstabelle bzw. einen Kennlinienverlauf bereitstellen, welche(r) vorab die Änderungskennlinie bzw. Änderungscharakteristik der Offenschaltkreisspannung U₁ (θ₁ ) der positiven Elektrode in Bezug auf eine Änderung in dem lokalen Ladezustand θ₁ und die Änderungskennlinie bzw. Änderungscharakteristik der Offenschaltkreisspannung U₂ (θ₂ ) der negativen Elektrode in Bezug auf eine Änderung in dem lokalen Ladezustand θ₂ speichert.
Der Gleichstromwiderstand Ra hat die Eigenschaft, sich in Abhängigkeit von den Änderungen des lokalen Ladezustands θ₁ , des lokalen Ladezustands θ₂ , und der Batterietemperatur T zu ändern. In anderen Worten wird der Gleichstromwiderstand Ra als eine Funktion der lokalen Ladezustände (θ₁ und θ₂ ) und der Batterietemperatur T repräsentiert. Dadurch kann das Ergebnis eines die Zelle 12 in dem Anfangszustand verwendenden Experiments dazu verwendet werden, eine Eigenschaftstabelle bzw. einen Kennlinien Verlauf (Gleichstromwiderstands Tabelle) zum Ermitteln des einer Kombination der lokalen Ladezustände (θ₁ und θ₂ ) und der Batterietemperatur T zugeordneten Werts des Gleichstromwiderstands Ra zu erzeugen.
In dem Modell sphärischen aktiven Materials jeder der negativen Elektrode 122 und der positiven Elektrode 125 ist ein lokaler Ladezustand θi (i = 1, 2) bzw. (i = 1, 2) an der Oberfläche (der Schnittstelle mit der elektrolytischen Lösung) des aktiven Materials durch den folgenden Ausdruck (2) definiert. Ähnlich zu dem lokalen Ladezustand 8, sei angenommen, dass in der folgenden Beschreibung 1 und 2 für den Index i die positive Elektrode bzw. die negative Elektrode repräsentieren.
$θ_{i} = \frac{C_{s e, i}}{C_{s, i, m a x}} (i = 1,2)$
In dem Ausdruck (2) repräsentiert C_se,i eine mittlere Lithium-Konzentration an der Schnittstelle bzw. dem Übergang des aktiven Materials, und repräsentiert C _s, _i, _max eine maximale Lithium-Konzentration innerhalb des aktiven Materials. In Übereinstimmung mit dem Ausdruck (2) kann der lokale Ladezustand θ_i (i = 1, 2) auf der Grundlage der mittleren Lithiumkonzentration C_se, _i berechnet werden. Der in 5 gezeigte charakteristische Verlauf kann dazu verwendet werden, die Offenschaltkreispotenziale U₁ (θ₁ ) und U₂ (θ₂ ), die dem lokalen Ladezustand θ_i (i = 1, 2) zugeordnet sind, zu spezifizieren. Nachdem die Potenzialdifferenz zwischen dem Offenschaltkreispotenzial U₁ (θ₁ ) und dem Offenschaltkreispotenzial U₂ (θ₂ ) berechnet ist, kann die Offenschaltkreisspannung (OCV; Open Circuit Voltage) (geschätzter Wert) der Zelle 12 ermittelt werden.
Die Lithium-Konzentration C_s, _i hat eine Verteilung in einer Radiusrichtung innerhalb des aktiven Materials, dass in dem sphärischen Modell verwendet wird. Genauer wird die in dem aktiven Material als Sphäre angenommene Lithium-Konzentrationsverteilung durch eine Diffusionsgleichung in einem Polarkoordinatensystem bestimmt, die in dem folgenden Ausdruck (3) gezeigt ist.
$\frac{\partial c_{s, l}}{\partial t} = D_{s, l} (T) [\frac{\partial c_{s, l}}{\partial r} + \frac{2}{r} \frac{\partial c_{s, l}}{\partial r}] (i = 1,2)$
In dem Ausdruck (3) repräsentiert D_s, _i den Diffusionskoeffizienten von Lithium in dem aktiven Material. Wie in 6 gezeigt ist, hat der Diffusionskoeffizient D_{s, i} die Eigenschaft, sich in Abhängigkeit von der Batterietemperatur T zu ändern. Für den Diffusionskoeffizienten D_s, _i kann eine Eigenschaftstabelle (eine Diffusionskoeffiziententabelle) gebildet werden, welche vorab die Änderungscharakteristik des Diffusionskoeffizienten D_s, _i (T) in Bezug auf eine Änderung in der Batterietemperatur T basierend auf dem Ergebnis eines die Zelle 12 in dem Anfangszustand verwendenden Experiments speichert, ähnlich zu dem Gleichstromwiderstand Ra.
Einer Grenzbedingung in der Diffusionsgleichung des Ausdrucks (3) ist als die folgenden Ausdrücke (4) und (5) festgelegt.
$\frac{\partial c_{s, l}}{\partial r} = 0 (r = 0, i = 1,2)$
$\frac{\partial c_{s, l}}{\partial t} = \frac{\partial c_{s e, l}}{\partial t} = - \frac{j_{l}}{ε_{s, l} a_{s, l} F} (r = r_{s, l}, i = 1,2)$
Der Ausdruck (4) gibt an, dass ein Konzentrationsgradient an dem Zentrum des aktiven Materials null ist. Der Ausdruck (5) bedeutet, dass die Lithium-Konzentration an dem Übergang zwischen dem aktiven Material und der elektrolytischen Lösung in Zuordnung zu der Bewegung des Lithiums durch die Oberfläche des aktiven Materials geändert wird.
In dem Ausdruck (5) repräsentiert r_s, _i den Radius des aktiven Materials, repräsentiert ε_s, _i die Volumenfraktion bzw. den Volumenanteil des aktiven Materials, und repräsentiert a_s, _i den Oberflächenbereich des aktiven Materials pro Einheitsvolumen der Elektrode. Diese Werte werden aus dem Ergebnis von Messungen mit verschiedenen elektrochemischen Messverfahren ermittelt. F repräsentiert die Faraday-Konstante.
In dem Ausdruck (5) repräsentiert j die Menge produzierten Lithiums pro Einheitsvolumen und Zeit. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird unter der Annahme, dass die Reaktion in einer Dickenrichtung der Elektrode gleichförmig verläuft, der folgende Ausdruck (6) angegeben, in dem Li eine Dicke der Elektrode repräsentiert und I den Batteriestrom pro Einheitselektrodenplattenfläche repräsentiert.
$I = - j_{1} L_{1} = j_{2} L_{2}$
Nachdem die Ausdrücke (1) bis (6) unter Verwendung des Batteriestroms I und der Batteriespannung V als Eingänge simultan gelöst sind, wird der interne Zustand der Zelle 12 geschätzt, um die Schätzung einer Laderate zu ermöglichen, während ein geschätzter Spannungswert und ein geschätzter Stromwert berechnet werden.
Die Offenschaltkreisspannung OCV der Zelle 12 hat die Eigenschaft, mit fortschreitender Entladung abzunehmen. Im Allgemeinen erfährt bei gleicher Entladezeit die verschlechterte Zelle 12 eine stärkere Spannungsreduktion als diejenige der Zelle 12 im Anfangszustand. Dies bedeutet, dass die Verschlechterung der Zelle 12 die Vollladungskapazität verringert und die Kennlinie der Offenschaltkreisspannung verändert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Änderung in der Kennlinie der Offenschaltkreisspannung aufgrund der Verschlechterung der Zelle 12 als zwei Phänomene modelliert, die vermutlich innerhalb der verschlechterten Zelle 12 auftreten. In diesem Fall beinhaltet die Verschlechterung der Zelle 12 einen Verschleiß von Materialien, die die Zelle 12 bilden, mit der Zeit, und dies wird als Verschleißverschlechterung bzw. verschleißbedingte Verschlechterung bezeichnet.
Die beiden Phänomene sind eine Reduktion der Einzelelektrodenkapazität in der positiven Elektrode und der negativen Elektrode und eine Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode. Die Reduktion bzw. Verringerung der Einzelelektrodenkapazität repräsentiert eine Verringerung der Fähigkeit, Lithium-Ionen aufzunehmen, in jeder der positiven Elektrode und der negativen Elektrode. Die Verringerung der Fähigkeit, Lithium-Ionen aufzunehmen, bedeutet eine Verringerung in den aktiven Materialien und dergleichen, die bei Laden und Entladen effektiv wirksam sind.
7 zeigt ein Offenschaltkreispotenzial U₁₁ der positiven Elektrode und ein Offenschaltkreispotenzial U₂₁ der negativen Elektrode, wenn sich die Zelle 12 in dem Anfangszustand (nicht verschlechtert) befindet, und ein Offenschaltkreispotenzial U₁₁ der positiven Elektrode und ein Offenschaltkreispotenzial U₂₁ der negativen Elektrode, wenn sich die Zelle 12 in dem verschlechterten Zustand befindet. 7 zeigt schematisch Änderungen in dem Einzelelektroden-Offenschaltkreispotenzial aufgrund der Reduktion in der Einzelelektrodenkapazität.
In 7 gibt Q_L1 auf der Achse der Positivelektrodenkapazität eine Kapazität an, die einem lokalen Ladezustand θ_L1 in 5 in dem Anfangszustand der Zelle 12 zugeordnet ist, und gibt Q_H11 eine Kapazität an, die einem lokalen Ladezustand θ_H1 in 5 in dem Anfangszustand der Zelle 12 zugeordnet ist. Q_L2 auf der Achse der Negativelektrodenkapazität gibt eine Kapazität an, die einem lokalen Ladezustand θ_L2 in 5 in dem Anfangszustand der Zelle 12 zugeordnet ist, und Q_H21 gibt eine Kapazität an, die einem lokalen Ladezustand θ_H2 in 5 in dem Anfangszustand der Zelle 12 zugeordnet ist.
Wenn die Fähigkeit, Lithium-Ionen zu empfangen, in der positiven Elektrode reduziert ist, ändert sich die dem lokalen Ladezustand θ₁ zugeordnete Kapazität von Q_H11 auf Q_H12. Wenn die Fähigkeit, Lithium-Ionen zu empfangen, in der negativen Elektrode reduziert ist, ändert sich die dem lokalen Ladezustand θ₂ zugeordnete Kapazität von Q_H21 auf Q_H22.
Auch wenn die Zelle 12 verschlechtert ist, wird die Beziehung (die in 5 gezeigte Beziehung) zwischen dem lokalen Ladezustand θ₁ und dem Offenschaltkreispotenzial U₁ der positiven Elektrode nicht geändert. Wenn die Beziehung zwischen dem lokalen Ladezustand θ₁ und dem Offenschaltkreispotenzial U₁ der positiven Elektrode in die Beziehung zwischen der positiven Elektrodenkapazität und dem Offenschaltkreispotenzial der positiven Elektrode umgewandelt wird, wird die Kurve, die die Beziehung zwischen der positiven Elektrodenkapazität und dem Offenschaltkreispotenzial der positiven Elektrode repräsentiert, gegenüber der den Anfangszustand repräsentierenden Kurve durch die Verschlechterung der Zelle 12 verkürzt, wie in 7 gezeigt ist.
Wenn die Beziehung zwischen dem lokalen Ladezustand θ₂ und dem Offenschaltkreispotenzial U₁ der negativen Elektrode in die Beziehung zwischen der Negativelektrodenkapazität und dem Offenschaltkreispotenzial der negativen Elektrode umgewandelt wird, wird die Kurve, die die Beziehung zwischen der Negativelektrodenkapazität und dem Offenschaltkreispotenzial der negativen Elektrode repräsentiert, gegenüber der den Anfangszustand repräsentierenden Kurve durch die Verschlechterung der Zelle 12 verkürzt, wie in 7 gezeigt ist.
8 zeigt vereinfacht die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode. Die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmung bedeutet eine Fehlübereinstimmung bzw. Nichtübereinstimmung zwischen der Kombination einer Zusammensetzung oder Komposition (θ₁ ) der positiven Elektrode und einer Zusammensetzung oder Komposition (θ₂ ) der negativen Elektrode in dem Anfangszustand der Zelle 12, und die Kombination nach dem Laden und Entladen wird unter Verwendung des Satzes der positiven Elektrode und der negativen Elektrode durchgeführt.
Jede der Kurven, die die Beziehungen zwischen den Kompositionen θ₁ und θ₂ der einzelnen Elektroden und der Offenschaltkreispotenziale U₁ und U₂ repräsentieren, ist ähnlich zu der in 5 gezeigten. Wenn die Zelle 12 verschlechtert ist, ist die Achse der Negativelektrodenkomposition θ₂ um Δθ₂ zu einer tiefer bzw. niedriger liegenden Positivelektrodenkomposition θ₁ hin verschoben. Dies bewirkt, dass die Kurve, die die Beziehung zwischen der Negativelektrodenkomposition θ₂ und der Offenschaltkreisspannung U₂ der negativen Elektrode repräsentiert, relativ zu der den Anfangszustand repräsentierenden Kurve um Δθ₂ zu einer tiefer liegenden Positivelektrodenkomposition θ₁ verschoben ist.
Die Komposition der negativen Elektrode, entsprechend einer Komposition θ_{1 fix} der positiven Elektrode, ist in dem Anfangszustand der Zelle 12 „θ_{2fix_ini} “, und ist nach der Verschlechterung der Zelle 12 „θ_2fix “. In 8 ist eine in 5 gezeigte Negativelektrodenkomposition θ_I2 auf null gesetzt, und dies zeigt einen Zustand an, in welchem alle Lithium-Ionen in der negativen Elektrode eliminiert sind.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden drei Verschlechterungsparameter in das Batteriemodell eingeführt, um die vorstehend beschriebenen zwei Verschlechterungsphänomene zu modellieren. Die drei Verschlechterungsparameter beinhalten eine Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate (die auch als eine Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsrate bezeichnet wird), eine Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate (die auch als eine Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsrate bezeichnet wird), und ein Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungsausmaß. Ein Verfahren zum Modellieren der zwei Verschlechterungsphänomene wird nachstehend beschrieben.
Die Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate bezieht sich auf das Verhältnis der Kapazität der positiven Elektrode in dem verschlechterten Zustand zu der Kapazität der positiven Elektrode in dem Anfangszustand. Es sei angenommen, dass dann, wenn die Zelle 12 verschlechtert ist, die Kapazität der positiven Elektrode um einen beliebigen Betrag ausgehend von der Kapazität in dem Anfangszustand verringert ist. Die Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₁ wird durch den folgenden Ausdruck (7) repräsentiert.
$\begin{array}{l} k_{1} = \frac{Q_{1_i n i} - Δ Q_{1}}{Q_{1_i n i}} \\ (0 < k_{1} < 1) \end{array}$
Q_{1_ini} repräsentiert die Kapazität der positiven Elektrode (Q_H11, gezeigt in 7), wenn sich die Zelle 12 in dem Anfangszustand befindet, und ΔQ₁ repräsentiert den Betrag bzw. das Ausmaß der Verringerung in der Kapazität der positiven Elektrode, nachdem die Zelle 12 verschlechtert ist. Die Kapazität Q_{1_ini} der positiven Elektrode kann zuvor aus der theoretischen Kapazität und der bereitgestellten Menge des aktiven Materials und dergleichen ermittelt werden.
Die Negativelektrodenkapazität-Retentionsrate bezieht sich auf das Verhältnis der Kapazität der negativen Elektrode in dem verschlechterten Zustand zu der Kapazität der negativen Elektrode in dem Anfangszustand. Es sei angenommen, dass dann, wenn die Zelle 12 verschlechtert ist, die Kapazität der negativen Elektrode um einen beliebigen Betrag ausgehend von der Kapazität in dem Anfangszustand verringert ist. Die Negativelektrodenkapazität-Retentionsrate k₂ wird durch den folgenden Ausdruck (8) repräsentiert.
$\begin{array}{l} k_{2} = \frac{Q_{2_i n i} - Δ Q_{2}}{Q_{2_i n i}} \\ (0 < k_{2} < 1) \end{array}$
Q2_{_ini} repräsentiert die Kapazität der negativen Elektrode (Q_H21, gezeigt in 7), wenn sich die Zelle 12 in dem Anfangszustand befindet, und ΔQ₂ repräsentiert den Betrag bzw. das Ausmaß der Verringerung in der Kapazität der negativen Elektrode, nachdem die Zelle 12 verschlechtert ist. Die Kapazität Q_{2_ini} der negativen Elektrode kann zuvor aus der theoretischen Kapazität und der bereitgestellten Menge des aktiven Materials und dergleichen ermittelt werden.
9 ist ein schematisches Diagramm zum Erklären der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode.
Nachdem die Zelle 12 verschlechtert ist, wird die Kapazität bei einer Negativelektrodenkomposition θ₂ von 1 als (Q_{2_ini} - ΔQ₂ ) repräsentiert. Eine Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode ist eine Kapazität entsprechend einem Fehlübereinstimmungsbetrag Δθ₂ der Negativelektrodenkompositionsachse relativ zu der Positivelektrodenkompositionsachse. Folglich gilt die in dem nachfolgenden Ausdruck (9) gezeigte Beziehung.
$1 : Δ θ_{2} = (Q_{2_i n i} - Δ Q_{2}) : Δ Q_{s}$
Der folgende Ausdruck (10) ist aus dem Ausdruck (8) und dem Ausdruck (9) abgeleitet.
$\begin{array}{l} Δ Q_{s} = (Q_{2_i n i} - Δ Q_{2}) \times Δ θ_{2} \\ = k_{2} \times Q_{2_i n i} \times Δ θ_{2} \end{array}$
Wenn sich die Zelle 12 in dem Anfangszustand befindet, entspricht eine Positivelektrodenkomposition θ_{1fix_ini} einer Negativelektrodenkomposition θ_{2fix_ini} . Wenn sich die Zelle 12 in dem verschlechterten Zustand befindet, entspricht eine Positivelektrodenkomposition θ_1fix einer Negativelektrodenkomposition θ_2fix . Die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmung wird unter Verwendung der Positivelektrodenkomposition θ_1fix in dem Anfangszustand als Referenz ermittelt. Folglich haben die Positivelektrodenkomposition θ_1fix und die Positivelektrodenkomposition θ_{1fix_ini} denselben Wert.
Wenn die Verschlechterung der Zelle 12 die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode erzeugt, haben die Positivelektrodenkomposition θ_1fix und die Negativelektronenkomposition θ_2fix nach der Verschlechterung der Zelle 12 die durch die folgenden Ausdrücke (11) und (12) repräsentierte Beziehung.
$θ_{1 f i x} = θ_{1 f i x_i n i}$
$θ_{2 f i x} = \frac{(1 - θ_{1 f i x}) \times k_{1} \times Q_{1_i n i} - Δ Q_{s}}{k_{2} \times Q_{2_i n i}}$
Nachstehend wird die Bedeutung des Ausdrucks (12) beschrieben. Wenn die Positivelektrodenkomposition aufgrund der Verschlechterung der Zelle 12 θ₁ von 1 auf θ_1fix geändert (reduziert) wird, wird die Menge A der aus der positiven Elektrode freigesetzten Lithium-Ionen durch den folgenden Ausdruck (13) repräsentiert.
$A = (1 - θ_{1 f i x}) \times k_{1} \times Q_{1_i n i}$
In dem Ausdruck (13) gibt der Wert von (1 - θ_1fix) die Änderung in der Positivelektrodenkomposition aufgrund der Verschlechterung der Zelle 12 an. Der Wert von (k₁ × Q_{1_ini}) gibt die Kapazität der positiven Elektrode nach der Verschlechterung der Zelle 12 an.
Unter der Annahme, dass alle aus der positiven Elektrode freigesetzten Lithium-lonen in die negative Elektrode eingelangen, wird die Negativelektrodenkomposition θ_2fix durch den folgenden Ausdruck (14) repräsentiert.
$θ_{2 f i x} = \frac{(1 - θ_{1 f i x}) \times k_{1} \times Q_{1_i n i}}{k_{2} \times Q_{2_i n i}}$
In dem Ausdruck (14) gibt der Wert von (k₂ × Q_{2_ini}) die Kapazität der negativen Elektrode nach der Verschlechterung der Zelle 12 an.
Wenn die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmung (Δθ₂ ) zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode existiert, wird die Negativelektrodenkomposition θ_2fix durch den folgenden Ausdruck (15) repräsentiert.
$θ_{2 f i x} = \frac{(1 - θ_{1 f i x}) \times k_{1} \times Q_{1_i n i}}{k_{2} \times Q_{2_i n i}} - Δ θ_{2}$
Wie in dem Ausdruck (10) gezeigt ist, kann der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungsbetrag Δθ₂ mit der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S repräsentiert werden. Folglich wird die Negativelektrodenkomposition θ_2fix durch den vorstehenden Ausdruck (12) repräsentiert.
In dem Batteriemodell des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird die Reduktion in der Einzelelektrodenkapazität auf die Elektrodendicke und die Volumenfraktion des aktiven Materials reflektiert, wie in den folgenden Ausdrücken (16) bis (19) gezeigt ist.
$L_{1} = L_{10} \times \sqrt{k_{1}}$
$L_{2} = L_{20} \times \sqrt{k_{2}}$
$ε_{S,1} = ε_{S 0,1} \times \sqrt{k_{1}}$
$ε_{S,2} = ε_{S 0,2} \times \sqrt{k_{2}}$
L₁₀ und L₂₀ repräsentieren die Dicke der positiven Elektrode bzw. die Dicke der negativen Elektrode in dem Anfangszustand, und ε_s0,1 und ε_s0,2 repräsentieren die Volumenfraktion des aktiven Materials der positiven Elektrode bzw. die Volumenfraktion des aktiven Materials der negativen Elektrode in dem Anfangszustand.
Die Offenschaltkreisspannung OCV wird durch den folgenden Ausdruck (20) berechnet, wenn die Verschlechterung die Kapazität der einzelnen Elektrode (positive Elektrode oder negative Elektrode) reduziert und die relative Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode verursacht. Da eine Salzkonzentrationsverteilung innerhalb des aktiven Materials existiert, während ein Strom durch die Zelle 12 fließt, oder unmittelbar, nachdem ein Laden oder Entladen der Zelle 12 gestoppt wird, stimmt die Salzkonzentration an der Oberfläche des aktiven Materials nicht mit der mittleren Salzkonzentration innerhalb des aktiven Materials überein. Bei dem ermitteln der Offenschaltkreisspannung OCV befindet sich die Zelle 12 in einem ausreichend entspannten Zustand und existiert keine Salzkonzentrationsverteilung innerhalb des aktiven Materials. Die Salzkonzentration an der Oberfläche des aktiven Materials ist identisch zu der mittleren Salzkonzentration innerhalb des aktiven Materials.
$O C V (θ_{1 a v e}, θ_{2 a v e}) = U (θ_{1 a v e}) - U (θ_{2 a v e})$
In dem Ausdruck (20) repräsentieren θ_1ave und θ_2ave mittlere Ladungs- oder Laderaten innerhalb des aktiven Materials in der positiven Elektrode bzw. der negativen Elektrode, und sind durch den folgenden Ausdruck (21) definiert. In dem folgenden Ausdruck (21) repräsentiert c_save, _i die mittlere Salzkonzentration innerhalb des aktiven Materials.
$θ_{1 a v e} = \frac{c_{s a v e,1}}{c_{s,1, m a x}} (i = 1,2)$
Die durch den folgenden Ausdruck (22) gezeigte Beziehung gilt zwischen θ_1ave und θ_2ave.
$θ_{2 a v e} = θ_{2 f i x} + (θ_{1 f i x} - θ_{1 a v e}) \times λ$
Das in dem vorstehenden Ausdruck (22) gezeigte λ ist durch den folgenden Ausdruck 23 definiert-
$λ = \frac{c_{s,1, m a x} L_{1} ε_{s,1}}{c_{s,2, m a x} L_{2} ε_{s,2}}$
10 ist ein Graph zum Erklären eines relativen Ausdrucks, der zwischen einer mittleren Laderate θ_1ave innerhalb des aktiven Materials der positiven Elektrode und einer mittleren Laderate θ_2ave innerhalb des aktiven Materials der negativen Elektrode gilt. In 10 sei angenommen, dass eine Positivelektrodenkomposition θ_1fix einer Negativelektrodenkomposition θ_2fix entspricht. Ebenfalls sei angenommen, dass alle aus der negativen Elektrode freigesetzten Lithium-Ionen durch die positive Elektrode absorbiert werden, um die Negativelektrodenkomposition von θ_2fix auf θ_2ave zu ändern, und um die Positivelektrodenkomposition von θ_1fix auf θ_1ave zu ändern.
Da das Lithium-Änderungsausmaß in der positiven Elektrode gleich dem Lithium-Änderungsausmaß in der negativen Elektrode ist, gilt die Beziehung des folgenden Ausdrucks (24) ausgehend von den vorstehenden Ausdrücken (16) bis (19) und dem vorstehenden Ausdruck (21), worin S die Elektrodenplattenfläche der positiven Elektrode und der negativen Elektrode repräsentiert.
$\begin{array}{l} (θ_{1 f i x} - θ_{1 a v e}) \times c_{s,1, m a x} \times L_{1} \times ε_{s,1} \times S \\ = (θ_{2 a v e} - θ_{2 f i x}) \times c_{s,2, m a x} \times L_{2} \times ε_{s,2} \times S \end{array}$
Der vorstehende Ausdruck (24) wird gelöst, um die vorstehenden Ausdrücke (22) und (23) zu erhalten.
Wie vorstehend beschrieben wurde, können die mittlere Laderate θ_1ave innerhalb des aktiven Materials der positiven Elektrode und die mittlere Laderate θ_2ave innerhalb des aktiven Materials der negativen Elektrode berechnet werden, um mit dem vorstehenden Ausdruck (20) die Änderungscharakteristik der Offenschaltkreisspannung zu berechnen, die beobachtet wird, wenn die Verschlechterung die Einzelelektrodenkapazität reduziert und die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode verursacht. Wie in dem vorstehenden Ausdruck (22) gezeigt ist, sind θ_1av und θ_2ave der positiven Elektrodenkomposition θ_1fix und der Negativelektrodenkomposition θ_2fix zugeordnet.
Wie in dem Ausdruck (14) gezeigt ist, involviert die Negativelektrodenkomposition θ_2fix die Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₁ , die Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₂ , und die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S . Folglich werden die Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₁ , die Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₂ und die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S geschätzt, um die Schätzung von θ_1ave und θ_2ave nach der Verschlechterung der Zelle 12 zu ermöglichen. Dies wiederum erlaubt die Schätzung der Änderungskennlinie bzw. Änderungscharakteristik der Offenschaltkreisspannung der Zelle 12 in Abhängigkeit von der Verschlechterung der Zelle 12.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das die Verarbeitung des Schätzens (Auffindens) der Verschlechterungsparameter zeigt. Die in 11 gezeigte Verarbeitung wird durch die Steuereinrichtung 40 durchgeführt.
Zunächst legt in einem Schritt S101 die Steuereinrichtung 40 einen oberen Grenzwert ΔQ_{S_H} und einen unteren Grenzwert ΔQ_{S_L} der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S fest, um die optimale Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S zu berechnen. Wenn die Verarbeitung des Auffindens der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S zum ersten Mal durchgeführt wird, sind der obere Grenzwert ΔQ_{S_H} und der untere Grenzwert ΔQ_{S_L} auf vorbestimmte Werte festgelegt.
In einem Schritt S102 bestimmt die Steuereinrichtung 40 einen Kandidaten Wert ΔQ_{S_e} für die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S , der in den Bereich zwischen dem oberen Grenzwert ΔQ_{S_H} und dem unteren Grenzwert ΔQ_{S_L} fällt. Zum Beispiel bestimmte die Steuereinrichtung 40 einen Zwischenwert bzw. mittleren Wert zwischen dem oberen Grenzwert ΔQ_{S_H} und dem unteren Grenzwert ΔQ_{S_L} als den Kandidatenwert ΔQ_{S_e} .
In einem Schritt S103 bestimmte die Steuereinrichtung 40 die Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₁ und die Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₂ aus dem Kandidatenwert ΔQ_{S_e} für die gegenwärtige Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S . Durch vorangehendes Bereitstellen einer Tabelle, die die Beziehung zwischen der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S und den Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsraten k₁ und k₂ angibt, mittels eines Experiments oder dergleichen können die Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsraten k1 und k₂ , die dem Kandidatenwert ΔQ_{S_e} zugeordnet sind, bestimmt werden. Die Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₁ kann aus der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_s durch die Verwendung einer Funktion, welche die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_s und die Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₁ als Variablen beinhaltet, berechnet werden. Die Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₂ kann aus der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_s durch die Verwendung einer Funktion, welche die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_s und die Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₂ als Variablen beinhaltet, berechnet werden.
In einem Schritt S104 berechnet die Steuereinrichtung 40 die Änderungscharakteristik der Offenschaltkreisspannung in Bezug auf den lokalen Ladezustand θ₁ (entsprechend einer zweiten Spannungscharakteristik bzw. Spannungskennlinie in der Erfindung) auf der Grundlage der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S und der Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsraten k₁ und k₂ , die in den Schritten S102 und S103 bestimmt wurden.
In einem Schritt S105 verwendet die Steuereinrichtung 40 die in Schritt S104 berechnete Änderungscharakteristik der Offenschaltkreisspannung und eine Offenschaltkreisspannung OCV_{_H} zu Beginn einer Stromsummierverarbeitung zum Berechnen der mittleren Laderate (des mittleren Ladezustands θ_{1_1} ) innerhalb des aktiven Materials der positiven Elektrode, die der Offenschaltkreisspannung OCV_{_H} zugeordnet ist.
In einem Schritt S106 verwendet die Steuereinrichtung 40 die in Schritt S104 berechnete Änderungscharakteristik der Offenschaltkreisspannung und eine Offenschaltkreisspannung OCV_{_L} am Ende der Stromsummierverarbeitung zum Berechnen der mittleren Laderate (des mittleren Ladezustands θ_{1_2} ) innerhalb des aktiven Materials der positiven Elektrode, die der Offenschaltkreisspannung OCV_{_L} zugeordnet ist. Die Offenschaltkreisspannung OCV_{_H} ist höher als die Offenschaltkreisspannung OCV_{_L} . Die verbaute Batterie 10 (der Batterieblock 11) wird entladen, wenn die Verarbeitung des Auffindens der Verschlechterungsparameter durchgeführt wird.
In einem Schritt S107 berechnet (schätzt) die Steuereinrichtung 40 einen Summenwert ΔQ₁₂ von Batterieströmen, welche(r) während der Änderung der Offenschaltkreisspannung von OCV_{_H} auf OCV_{_L} in dem Batteriemodell fließen sollte(n), auf der Grundlage des mittleren Ladezustand θ_{1_1} und des mittleren Ladezustands θ_{1_2} , die in den Schritten S105 und S106 berechnet wurden. Genauer berechnet die Steuereinrichtung 40 den Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₁₂ mit dem folgenden Ausdruck (25). In dem folgenden Ausdruck (25) repräsentiert S die Fläche der Elektrodenplatte.
$Δ Q_{12} = (θ_{1_2} - θ_{1_1}) C_{S,1, m a x} L_{1} ε_{s,1} F S$
In einem Schritt S108 vergleicht die Steuereinrichtung 40 den Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₁₂ mit einem Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₁₁ . Der Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₁₁ ist ein Wert, der durch Aufsummieren von durch den Stromsensor 32 während der Änderung der Offenschaltkreisspannung von OCV_{_H} auf OCV_{_L} erfassten Stromwerten bereitgestellt wird. Der durch den Stromsensor 32 während des Entladens der verbauten Batterie 10 erfasste Stromwert ist auf einen positiven Wert festgelegt, und der durch den Stromsensor 32 während des Ladens der verbauten Batterie 10 erfasste Stromwert ist auf einen negativen Wert festgelegt.
Wenn der Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₁₂ größer ist als der Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₁₁ , wird die Verarbeitung in einem Schritt S109 durchgeführt. Wenn der Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₁₂ kleiner ist als der Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₁₁ , wird die Verarbeitung in einem Schritt S110 durchgeführt.
In dem Schritt S109 ersetzt die Steuereinrichtung 40 den oberen Grenzwert ΔQ_{S_H} , der in der nächsten Berechnung der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S zu verwenden ist, durch den derzeitigen Kandidatenwert ΔQ_{S_e} für die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität. Dieses legt den Kandidatenwert ΔQ_{S_e} innerhalb des Bereichs von ΔQ_{S_L} bis ΔQ_{S_e} in der nächsten Auffindeverarbeitung fest.
In dem Schritt S110 ersetzt die Steuereinrichtung 40 den unteren Grenzwert ΔQ_{S_L} , der in der nächsten Berechnung der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S zu verwenden ist, durch den derzeitigen Kandidatenwert ΔQ_{S_e} für die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität. Dieses legt den Kandidatenwert ΔQ_{S_e} innerhalb des Bereichs von ΔQ_{S_e} bis ΔQ_{S_H} in der nächsten Auffindeverarbeitung fest.
In einem Schritt S111 ermittelt die Steuereinrichtung 40, ob die Differenz (ΔQ_{S_H} -ΔQ_{S_L}) zwischen dem oberen Grenzwert ΔQ_{S_H} und dem unteren Grenzwert ΔQ_{S_L} kleiner ist als ein vorbestimmter Wert ΔQ_{S_min} . Wenn die Differenz (ΔQ_{S_H} - ΔQ_{S_L}) zwischen dem oberen Grenzwert ΔQ_{S_H} und dem unteren Grenzwert ΔQ_{S_L} kleiner ist als der vorbestimmte Wert ΔQ_{S_min} , wird die in 11 gezeigte Verarbeitung beendet. Wenn die Differenz (ΔQ_{S_H} - ΔQ_{S_L} größer ist als der vorbestimmte Wert ΔQ_{S_min} , kehrt die Steuereinrichtung 40 zu der Verarbeitung in Schritt S102 zurück.
Die in 11 gezeigte Verarbeitung wird wiederholt, bis die Differenz (ΔQ_{S_H} - ΔQ_{S_L}) kleiner wird als der vorbestimmte Wert ΔQ_{S_min} , so dass die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S derart geschätzt wird, dass die Differenz (der Schätzfehler) zwischen dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₁₂ und dem Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₁₁ minimal ist. In anderen Worten wird die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S derart geschätzt, dass der in der Änderung der Offenschaltkreisspannung (der Änderung von OCV_{_H} auf OCV_{_L} ) involvierte bzw. enthaltene Schätzfehler minimal (zum Beispiel null) ist.
Die Verarbeitung kann die optimalen Verschlechterungsparameter (die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S , die Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₁ und die Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₂ ) für die berechneten Offenschaltkreisspannungen OCV_{_H} und OCV_{_L} und den Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₁₁ berechnen. Nachdem die optimalen Verschlechterungsparameter berechnet sind, kann die den Verschlechterungsparametern zugeordnete Änderungcharakteristik der Offenschaltkreisspannung an dem Batteriemodell abgeschätzt werden.
Es sei angenommen, dass eine Offenschaltkreisspannung OCV_{_M} (entsprechend einer zweiten Spannung in der Erfindung) zwischen der Offenschaltkreisspannung OCV_{_H} (entsprechend einer ersten Spannung in der Erfindung) und der Offenschaltkreisspannung OCV_{_L} (entsprechend einer dritten Spannung in der Erfindung) liegt. Für den Stromsummenwert zwischen OCV_{_H} und OCV_{_M} stimmt ein Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ mit einem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ überein, oder fällt der Fehler zwischen denselben in einen zulässigen Bereich, wenn nur die erwartete Verschlechterung auftritt. Die erwartete Verschlechterung bzw. Verschlechterung wie erwartet bedeutet eine Änderung in der Offenschaltkreisspannung entlang der Änderungskennlinie der Offenschaltkreisspannung, die aus der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S und den Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsraten k₁ und k₂ berechnet wurde. Die erwartete Verschlechterung ist die Verschleißverschlechterung bzw. verschleißbedingte Verschlechterung, wenn zum Beispiel Lithium nicht präzipitiert wird bzw. nicht ausfällt.
Der Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ ist die Summe (entsprechend einem ersten Summenwert in der Erfindung) der Stromwerte, die durch den Stromsensor 32 während der Änderung der Offenschaltkreisspannung von OCV_{_H} auf OCV_{_L} erfasst wurden, ähnlich zu dem Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₁₁ . Der Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ ist der Wert (entsprechend einem zweiten Summenwert in der Erfindung), der durch Berechnen der Änderungskennlinie der Offenschaltkreisspannung an dem Batteriemodell auf der Grundlage der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S und der Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsraten k₁ und k₂ , die mit den Offenschaltkreisspannungen OCV_{_H} und OCV_{_L} identifiziert wurden, und dann Verwenden der berechneten Änderungscharakteristik und der Offenschaltkreisspannungen OCV_{_H} und OCV_{_M} berechnet wurde.
Wenn der Stromunterbrecher 12b betätigt ist, ist die Vollladungskapazität des Batterieblocks 11 reduziert. Wie in 12 gezeigt ist, unterscheidet sich der Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ von dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ , d. h. der Fehler zwischen denselben fällt aus dem bzw. außerhalb des zulässigen Bereich(s). Genauer wird während der Betätigung des Stromunterbrechers 12b die Änderungscharakteristik der Offenschaltkreisspannung gegenüber der Änderungscharakteristik der Offenschaltkreisspannung (entsprechend einer ersten Spannungscharakteristik bzw. Spannungskennlinie), die beobachtet wird, wenn nur die Verschlechterung wie erwartet auftritt, verschoben.
In 12 repräsentiert die vertikale Achse die Leerlaufspannung bzw. Offenschaltkreisspannung des Batterieblocks 11, und repräsentiert die horizontale Achse die Kapazität des Batterieblocks 11. Obwohl die Beschreibung des Modells der Zelle 12 erfolgte, ist dieselbe Idee wie diejenige für das Modell der Zelle 12 auf den die Vielzahl von Zellen 12 beinhaltenden Batterieblock 11 anwendbar. In 12 ist die Offenschaltkreisspannungs-Änderungscharakteristik in dem Batteriemodell die Änderungscharakteristik, die sichtbar ist, wenn das Modell der Zelle 12 auf den Batterieblocks 11 angewandt wird.
In dem in 12 gezeigten Beispiel ist der Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ21 größer als der Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ22. 12 zeigt auch die Offenschaltkreisspannungs-Änderungscharakteristik (die Änderungscharakteristik an dem Batteriemodell), die aus der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S und den Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsraten k1 und k2 unter der Annahme, dass der Stromunterbrecher 12b nicht betätigt wurde und dass die Kapazität aufgrund der verschleißbedingten Verschlechterung reduziert ist, berechnet wurde.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ermittelt, dass der Stromunterbrecher 12b betätigt ist, wenn die Differenz zwischen dem Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ und dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ gleich oder größer als ein vorbestimmter Betrag ist.
Wenn sich der Batterieblock 11 (die Zelle 12) in dem verschlechterten Zustand befindet, wird die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S geändert, und neigen die Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₁ und die Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₂ dazu, auf unterschiedliche Werte geändert zu werden. Wenn der in dem Batterieblock 11 enthaltene Stromunterbrecher 12b betätigt ist, besteht das Ergebnis ganz einfach darin, dass durch die mit diesem betätigten Stromunterbrecher 12b versehene Zelle 12 kein Strom fließt. Folglich werden die Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₁ und die Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₂ mit einer gleichen Änderungsrate geändert.
Wenn der Stromunterbrecher 12b betätigt ist und dann kein Strom durch die Zelle 12 fließt, ist die Kapazität des Batterieblocks 11 nur verringert, ohne die Verschlechterung des Batterieblocks 11. Beide der Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsraten k₁ und k₂ werden in Übereinstimmung mit der Verringerung der Kapazität des Batterieblocks 11 geändert. Demzufolge ist die Änderungsrate der Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₁ (k₁/k₁') gleich der Änderungsrate der Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₂ (k₂/k₂').
In diesem Fall repräsentiert k₁ ' die Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate des Batterieblocks 11 vor der Betätigung des Stromunterbrechers 12b, und repräsentiert k₁ die Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate des Batterieblocks 11 nach der Betätigung des Stromunterbrechers 12b. k₂ ' repräsentiert die Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate des Batterieblocks 11 vor der Betätigung des Stromunterbrechers 12b, und k₂ repräsentiert die Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate des Batterieblocks 11 nach der Betätigung des Stromunterbrechers 12b.
Wenn jedoch der Batterieblock 11 verschlechtert ist, neigt die Änderungsrate (k₁/k₁') in den meisten Fällen nicht dazu, gleich der Änderungsrate (k₂/k₂') zu sein.
Das Verhalten der Verschlechterungsparameter dann, wenn der Batterieblock 11 verschlechtert ist, unterscheidet sich von dem Verhalten dann, wenn der Stromunterbrecher 12b wie vorstehend beschrieben betätigt ist, mit dem Ergebnis, dass sich der Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ von dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ unterscheidet. Wenn nur die Verschlechterung in dem Batterieblock 11 auftritt, ist/wird der Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ auch dann nicht signifikant gegenüber dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ verschoben, wenn der Schätzfehler des Stromsummenwerts (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ berücksichtigt wird. Wenn der Stromunterbrecher 12b betätigt ist, ist jedoch der Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert ΔQ₂₁ über den Schätzfehler des Stromsummenwerts (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ hinaus signifikant gegenüber dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ verschoben.
Folglich wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Differenz bzw. der Unterschied zwischen dem Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ und dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ überwacht, um zu ermitteln, ob der Stromunterbrecher 12b betätigt ist oder nicht.
13 ist ein Ablaufdiagramm, das die Verarbeitung des Erfassens der Betätigung des Stromunterbrechers 12b zeigt. Die in 13 gezeigte Verarbeitung wird durch die Steuereinrichtung 40 durchgeführt. Die in 13 gezeigte Verarbeitung wird für jeden der Batterieblöcke 11 durchgeführt.
In einem Schritt S201 erfasst die Steuereinrichtung 40 die Offenschaltkreisspannung OCV_{_H} , OCV_{_L} und OCV_{_M} des Batterieblocks 11, während die verbaute Batterie 10 (der Batterie Block 11) entladen wird. Jede der Offenschaltkreisspannungen OCV_{_H} , OCV_{_L} und OCV_{_M} kann auf der Grundlage der Ausgabe der Überwachungseinheit 20 erhalten werden. Genauer kann in einem Zustand, in dem die Polarisation bzw. Polarisierung der verbauten Batterie 10 (des Batterieblocks 11) reduziert ist, der Spannungswert des Batterieblocks 11 von der Überwachungseinheit 20 erfasst werden, um die Offenschaltkreisspannungen OCV_{_H} , OCV_{_L} und OCV_{_M} zu beschaffen.
In Schritt S201 erfasst die Steuereinrichtung 40 den Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₁₁ während der Änderung in der Offenschaltkreisspannung des Batterieblocks 11 von OCV_{_H} auf OCV_{_L} . Die Steuereinrichtung erfasst darüber hinaus den Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ während der Änderung in der Offenschaltkreisspannung des Batterieblocks 11 von OCV_{_H} auf OCV_{_M} . Genauer erhält die Steuereinrichtung 40 die Stromsummenwerte (tatsächlich gemessene Werte) ΔQ₁₁ und ΔQ₂₁ durch Aufsummieren der Stromwerte während der Änderung in der Offenschaltkreisspannung des Batterieblocks 11 auf der Grundlage der Ausgabe des Stromsensors 32.
In einem Schritt S202 bestimmt die Steuereinrichtung die Verschlechterungsparameter (Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S , Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₁ und Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₂ ) auf der Grundlage der Offenschaltkreisspannungen OCV_{_H} und OCV_{_L} und dem Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₁₁ . Die Verschlechterungsparameter können mit der in 11 gezeigten Verarbeitung spezifiziert werden.
In einem Schritt S203 berechnet die Steuereinrichtung 40 die Offenschaltkreisspannung-Änderungscharakteristik (die in 12 gezeigte Offenschaltkreisspannung-Änderungscharakteristik) in Bezug auf den lokalen Ladezustand 0, wie vorstehend beschrieben auf der Grundlage der Verschlechterungsparameter (der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S und den Einzel Elektroden-Kapazitätsretentionsraten k₁ und k₂ ), die in Schritt S202 spezifiziert wurden. Die Steuereinrichtung 40 verwendet die berechnete Offenschaltkreisspannung-Änderungscharakteristik zum Berechnen des Stromsummenwerts (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ während der Änderung in der Offenschaltkreisspannung des Batterieblocks 11 von OCV_{_H} auf OCV_{_M} .
In einem Schritt S204 berechnet die Steuereinrichtung 40 die Differenz (ΔQ₂₁ - ΔQ₂₂) zwischen dem Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ , der in Schritt S201 erhalten wurde, und dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ , der in Schritt S203 berechnet wurde. Die Steuereinrichtung 40 ermittelt, ob der Absolutwert der Differenz (ΔQ₂₁ - ΔQ₂₂) gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert ΔQth ist oder nicht. Der vorbestimmte Wert ΔQth kann im Hinblick auf einen Fehler bei der Berechnung (dem Schätzen) der Offenschaltkreisspannung-Änderungscharakteristik geeignet festgelegt sein. Genauer tritt dann, wenn der Fehler bei dem Schätzen der Offenschaltkreisspannung-Änderungscharakteristik auftritt, ein Fehler auch in dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ auf, und wenn der Absolutwert der Differenz (ΔQ₂₁ - ΔQ₂₂) größer als der Fehler ist, wird festgestellt, dass sich der Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ aufgrund eines anderen Faktors als des Schätzfehlers von dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ unterscheidet.
Wenn der Absolutwert der Differenz (ΔQ₂₁ - ΔQ₂₂) gleich oder höher als der vorbestimmte Wert ΔQth ist, ermittelt die Steuereinrichtung 40 in einem Schritt S205, dass der Stromunterbrecher 12b betätigt ist. In diesem Fall kann ermittelt werden, dass in dem Batterieblock 11 zumindest einer der Stromunterbrecher 12b betätigt ist. Alternativ ermittelt dann, wenn der Absolutwert der Differenz (ΔQ₂₁ - ΔQ₂₂) kleiner als der vorbestimmte Wert ΔQth ist, die Steuereinrichtung 40 in einem Schritt S206, dass kein Stromunterbrecher 12b betätigt ist.
In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Verschlechterungsparameter aus den Offenschaltkreisspannungen OCV_{_H} und OCV_{_L} und dem Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₁₁ berechnet, und wird die Offenschaltkreisspannung-Änderungscharakteristik auf der Grundlage der Verschlechterungsparameter berechnet, um die Spezifikation der Offenschaltkreisspannung-Änderungscharakteristik bzw. Offenschaltkreisspannung-Kennlinie in dem vorliegenden Batterieblock 11, welcher sich in einem fortgeschrittenen Verschlechterungszustand befindet, zu ermöglichen. Der aus der Offenschaltkreisspannung-Änderungscharakteristik, die beobachtet wird, wenn sich der Batterieblock 11 in dem Verschlechterungszustand befindet, spezifizierte Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ kann mit dem Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ verglichen werden, um zu ermitteln, ob in dem Batterieblock 11 nur die Verschlechterung auftritt, oder ob ein anderer Faktor als die Verschlechterung auftritt. Wenn der Stromsummenwert (geschätzter Wert ΔQ₂₂ signifikant von dem Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert ΔQ₂₁ verschieden ist, kann ermittelt werden, dass der Stromunterbrecher 12b betätigt ist.
Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel ein Vergleichen des Stromsummenwerts (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ mit dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ involviert, um zu ermitteln, ob der Stromunterbrecher 12b betätigt ist oder nicht, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
Zum Beispiel wird eine Offenschaltkreisspannung OCV_{_M1} durch Ändern der Offenschaltkreisspannung OCV_{_H} durch den Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ erhalten. Die aus den Verschlechterungsparametern, die aus den Offenschaltkreisspannungen OCV_{_H} und OCV_L identifiziert wurden, berechnete Offenschaltkreisspannung-Änderungscharakteristik und der Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₁₁ werden verwendet, um eine Offenschaltkreisspannung OCV_M2 (entsprechend einer geschätzten Spannung in der Erfindung) zu berechnen, wenn die Offenschaltkreisspannung OCV_{_H} durch den Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ geändert wird. Die Offenschaltkreisspannung OCV_{_M1} entspricht der Offenschaltkreisspannung OCV_{_M} . Wenn in dem Batterieblock 11 nur die Verschlechterung auftritt, stimmt die Offenschaltkreisspannung OCV_{_M1} mit der Offenschaltkreisspannung OCV_{_M2} über ein bzw. fällt mit dieser zusammen. Wenn jedoch der Stromunterbrecher 12b betätigt ist, unterscheidet sich die Offenschaltkreisspannung OCV_{_ML} von der Offenschaltkreisspannung OCV_{_M2} . In dem in 12 gezeigten Beispiel ist die Offenschaltkreisspannung OCV_{_M2} niedriger als die Offenschaltkreisspannung OCV_{_M1} (die der Offenschaltkreisspannung OCV_{_M} entspricht).
Wenn die Offenschaltkreisspannung OCV_{_M1} mit der Offenschaltkreisspannung OCV_{_M2} verglichen wird und der Unterschied zwischen diesen gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert ist, kann ermittelt werden, dass der Stromunterbrecher 12b betätigt ist. Der vorbestimmte Wert kann im Hinblick auf den Fehler bei dem Schätzen der Offenschaltkreisspannung-Änderungscharakteristik geeignet festgelegt sein, ähnlich zu der Festlegung des vorbestimmten Werts ΔQth.
Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel das Beschaffen der Offenschaltkreisspannungen OCV_{_H} , OCV_{_L} und OCV_{_M} des Batterieblocks 11, während die verbaute Batterie 10 (der Batterieblock 11) entladen wird, beinhaltet, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Es ist lediglich erforderlich, dass die unterschiedlichen Offenschaltkreisspannungen OCV_{_H} , OCV_{_L} und OCV_{_M} zu beschaffen sind, so dass zum Beispiel die Offenschaltkreisspannungen OCV_{_H} , OCV_{_L} und OCV_{_M} des Batterieblocks 11 beschafft werden können, während die verbaute Batterie 10 (der Batterieblock 11) geladen wird. In diesem Fall kann die Offenschaltkreisspannung bzw. Leerlaufspannung des Batterieblocks 11 von der Offenschaltkreisspannung OCV_{_L} zu der Offenschaltkreisspannung OCV_{_H} hin geändert werden.
Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel das Beschaffen des Stromsummenwerts (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ und des Stromsummenwerts (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ während der Änderung in der Offenschaltkreisspannung des Batterieblocks 11 von OCV_{_H} auf OCV_{_M} beinhaltet, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Genauer können die Stromsummenwerte (der tatsächlich gemessene Wert und der geschätzte Wert) während der Änderung in der Offenschaltkreisspannung des Batterieblocks 11 von OCV_{_L} auf OCV_{_M} beschafft werden. In diesem Fall können diese Stromsummenwerte (tatsächlich gemessener Wert und geschätzter Wert) verglichen werden, um zu ermitteln, ob der Stromunterbrecher 12b betätigt ist oder nicht.
Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel das Vergleichen des Stromsummenwerts (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ mit dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ relativ zu der Offenschaltkreisspannung OCV_{_M} beinhaltet, um zu ermitteln, ob der Stromunterbrecher 12b betätigt ist oder nicht, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Genauer werden die Stromsummenwerte (der tatsächlich gemessene Wert und der geschätzte Wert, entsprechend zu den Stromsummenwerten ΔQ₂₁ und ΔQ₂₂ ) relativ zu einer beliebigen der Offenschaltkreisspannungen OCV_{_H} , OCV_{_L} und OCV_{_M} verglichen, um zu ermitteln, ob der Stromunterbrecher 12b betätigt ist oder nicht.
Zum Beispiel können zum Beschaffen des Stromsummenwerts (geschätzter Wert) relativ zu der Offenschaltkreisspannung OCV_{_H} die Verschlechterungsparameter (die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S , die Positivelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₁ und die Negativelektroden-Kapazitätsretentionsrate k₂ ) auf der Grundlage der Offenschaltkreisspannungen OCV_{_L} und OCV_{_M} und des Stromsummenwerts (tatsächlich gemessener Wert) während der Änderung in der Offenschaltkreisspannung von OCV_{_L} auf OCV_{_M} spezifiziert werden. Als Nächstes wird die Offenschaltkreisspannung-Änderungscharakteristik auf der Grundlage der Verschlechterungsparameter berechnet, und wird die berechnete Änderungscharakteristik dazu verwendet, den Stromsummenwert (geschätzter Wert) während der Änderung in der Offenschaltkreisspannung von OCV_{_L} (oder OCV_{_M} ) auf OCV_{_H} zu berechnen.
Dann kann der Stromsummenwert (geschätzter Wert) mit dem Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) während der Änderung in der Offenschaltkreisspannung von OCV_{_L} (oder OCV_{_M} ) auf OCV_{_H} verglichen werden, um zu ermitteln, ob der Stromunterbrecher 12b betätigt ist oder nicht. Anstelle des Vergleichens der Stromsummenwerte (des tatsächlich gemessenen Werts und des geschätzten Werts) kann die Offenschaltkreisspannung (entsprechend der Offenschaltkreisspannung OCV_{_M1} ) als der tatsächlich gemessene Wert mit der Offenschaltkreisspannung (entsprechend der Offenschaltkreisspannung OCV_{_M2} ) als der geschätzte Wert verglichen werden, um zu ermitteln, ob der Stromunterbrecher 12b betätigt ist oder nicht, wie vorstehend beschrieben wurde.
Wenn die Betätigung des Stromunterbrechers 12b erfasst wird, kann die Steuereinrichtung 40 die Aufnahme/Ausgabe der verbauten Batterie 10 beschränken oder begrenzen. Dies kann die Lade- und Entladeströme der verbauten Batterie 10 verringern, um eine Erhöhung der Stromlast auf die Zelle 12 in dem den betätigten Stromunterbrecher 12b beinhaltenden Batterieblocks 11 zu unterdrücken.
Wenn der Stromunterbrecher 12 b in dem Batterieblocks 11 betätigt ist, fließt kein Strom durch die Zelle 12 mit dem betätigten Stromunterbrecher 12b. In den anderen Zellen 12, die parallel zu der Zelle 12 mit dem betätigten Stromunterbrecher 12b verschaltet sind, fließt ein Strom, welcher andernfalls durch die Zelle 12 mit dem betätigten Stromunterbrecher 12b fließen würde. Falls der Wert des durch die verbaute Batterie (den Batterieblock 11) fließenden Stroms nicht begrenzt wird, wird der Wert des durch die anderen Zellen 12 fließenden Stroms erhöht.
Falls der Wert des durch die Zelle 12 fließenden Stroms erhöht ist, das heißt, falls die Stromlast auf die Zelle 12 erhöht ist, kann leicht eine hochratige bzw. schnelle oder starke Verschlechterung auftreten. Die hochratige Verschlechterung bezieht sich auf eine Verschlechterung, die durch die einseitig (zu der positiven Elektrode oder der negativen Elektrode hin) ungleichgewichtige Ionen-Konzentrationsverteilung in der elektrolytischen Lösung der Zelle 12, die aus einem hochratigen bzw. schnellen oder starken Laden oder Entladen resultiert, verursacht wird. Da die zu einer Seite hin ungleichgewichtige lonen-Konzentrationsverteilung die Bewegung von Ionen zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode unterdrückt, wird die Aufnahme/Ausgabe-Leistung der Zelle 12 verringert, wodurch die Zelle 12 beeinträchtigt bzw. verschlechtert wird.
Wenn die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie als die Zelle 12 verwendet wird, kann Lithium dazu neigen, präzipitiert zu werden. Die Präzipitation von Lithium verringert die Menge von Lithium-Ionen, die sich zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode bewegen, welches in einer verringerten Vollladungskapazität der Zelle 12 resultiert. Darüber hinaus kann der erhöhte Wert des durch die Zelle 12 fließenden Stroms leicht den Stromunterbrecher 12b betätigen.
Die Begrenzung des Werts des durch die verbaute Batterie 10 fließenden Stroms kann die Erhöhung in der Stromlast auf die Zelle 12 unterdrücken. Der Wert von durch den nicht betätigten Stromunterbrecher 12b fließenden Stroms kann ebenfalls begrenzt werden, um zu verhindern, dass der Stromunterbrecher 12b leicht betätigt bzw. ausgelöst wird.
Die Lade- und Entlade-Steuerung der verbauten Batterie 10 kann nicht nur während des Betriebs des in 1 gezeigten Batteriesystems durchgeführt werden, sondern auch während der Lieferung von elektrischer Leistung aus einer externen Leistungsquelle zu der verbauten Batterie 10 und während der Lieferung der elektrischen Leistung aus der verbauten Batterie 10 zu externer Gerätschaft. Die externe Leistungsquelle bezieht sich auf eine Leistungsquelle, die außerhalb des Fahrzeugs bereitgestellt ist, und es kann zum Beispiel eine kommerzielle Leistungsquelle als die externe Leistungsquelle verwendet werden. Die externe Gerätschaft bezieht sich auf elektronische Geräte, welche außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind und mit der elektrischen Leistung aus der verbauten Batterie 10 betrieben werden können. Zum Beispiel kann ein Haushaltsgerät als die externe Gerätschaft verwendet werden.
Bei dem Liefern der elektrischen Leistung aus der externen Leistungsquelle an die verbaute Batterie 10 kann eine Ladeeinrichtung bzw. ein Ladegerät verwendet werden. Das Ladegerät kann die Wechselsignalleistung aus der externen Leistungsquelle in eine Gleichsignalleistung umwandeln und die Gleichsignalleistung der verbauten Batterie 10 zuführen. Das Ladegerät kann an dem Fahrzeug verbaut sein, oder kann außerhalb und unabhängig von dem Fahrzeug bereitgestellt sein. Das Ladegerät kann den Spannungswert im Hinblick auf die Spannung der externen Leistungsquelle und die Spannung der verbauten Batterie 10 umwandeln. Die Steuereinrichtung 40 kann den Betriebsablauf des Ladegeräts steuern, um den Stromwert (Ladestrom) der verbauten Batterie 10 zu verringern.
Bei dem Liefern der elektrischen Leistung von der verbauten Batterie 10 an die externen Gerätschaften kann eine Speisevorrichtung verwendet werden. Die Speisevorrichtung kann die Gleichsignalleistung aus der verbauten Batterie 10 in eine Wechselsignalleistung umwandeln und die Wechselsignalleistung an die externen Gerätschaften liefern. Die Speisevorrichtung kann den Spannungswert im Hinblick auf die Spannung der verbauten Batterie 10 und die Spannung der externen Gerätschaft umwandeln. Die Steuereinrichtung 40 kann den Betriebsablauf der Speisevorrichtung steuern, um den Stromwert (Entladestrom) der verbauten Batterie 10 zu verringern.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung beschrieben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Verschlechterung aufgrund von Verschleiß (die in Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Verschlechterung) durch Berücksichtigen einer Verschlechterung aufgrund einer Präzipitation von Lithium abgeschätzt. Eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie wird als die Zelle 12 verwendet.
Die Verschlechterung der Zelle 12 beinhaltet in Wirklichkeit sowohl eine Verschlechterung aufgrund von Präzipitation von Lithium als auch eine Verschlechterung aufgrund von Verschleiß. Wenn die Verschlechterung aufgrund der Präzipitation von Lithium in der Verschlechterung der Zelle 12 vorherrschend ist, ändern sich Verschlechterungsparameter in Zuordnung zu der Verschlechterung aufgrund von Präzipitation von Lithium. In diesem Fall bestimmt der Vergleich nur zwischen dem Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ und dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben die Betätigung des Stromunterbrechers 12b nicht zuverlässig.
Um diesem abzuhelfen wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine der Präzipitation von Lithium zugeordnete Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_Li} abgeschätzt, um eine der verschleißbedingte Verschlechterung zugeordnete Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_W} aus einer Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S des Batterieblocks 11 zu spezifizieren. Nachdem die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_W} spezifiziert werden kann, kann das in Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Verfahren dazu verwendet werden, den Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ und den Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ zu vergleichen, um die Betätigung des Stromunterbrechers 12b zu erfassen.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Abschätzen der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_Li} , die der Präzipitation von Lithium zugeordnet ist, beschrieben. Die Verarbeitung des Abschätzens der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_Li} kann durch eine Steuereinrichtung 40 durchgeführt werden. Die der Präzipitation von Lithium zugeordnete Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_Li} kann jederzeit abgeschätzt werden, oder kann nur dann abgeschätzt werden, wenn eine Bedingung erfüllt ist, nach der Lithium dazu neigt, präzipitiert zu werden. Da Lithium dazu neigt, präzipitiert zu werden, wenn sich die Zelle 12 in einem Zustand niedriger Temperatur befindet, kann der Niedrigtemperaturzustand als die Bedingung spezifiziert werden, bei der Lithium dazu neigt, präzipitiert zu werden.
Zunächst wird die Temperatur der Zelle 12 unter Verwendung eines Temperatursensors 31 erfasst, und wird eine Austauschstromdichte in Präzipitations-Auflösungs-Reaktionen von Lithium auf der Grundlage der erfassten Temperatur berechnet. Die Austauschstromdichte kann zum Beispiel auf der Grundlage der durch den folgenden Ausdruck (26) repräsentierten Arrhenius-Gleichung berechnet werden.
$i_{0,2} (T) = i_{0,2} (T_{r e f}) \times exp [\frac{E_{i 0,2}}{R} (\frac{1}{T_{r e f}} - \frac{1}{T})]$
In dem vorstehenden Ausdruck (26) repräsentiert R die Gaskonstante [J/mol·kg], repräsentiert T die absolute Temperatur [K], repräsentiert Tref eine Referenztemperatur [K], repräsentiert i_0,2 die Austauschstromdichte [A/cm ²] in den Präzipitations-Auflösungs-Reaktionen von Lithium, repräsentiert i_0,2(Tref) die Austauschstromdichte [A/cm ²] in den Präzipitations-Auflösungs-Reaktionen von Lithium bei der Referenztemperatur, und repräsentiert Ei_0,2 eine Aktivierungsenergie [kJ/mol]. Die Aktivierungsenergie Ei_0,2 weist eine Temperaturabhängigkeit auf und kann zum Beispiel durch Durchführen einer Wechselsignal-Impedanzmessung bei unterschiedlichen Temperaturen in einer Zelle mit gegenüberliegenden, aus Lithium hergestellten Elektroden ermittelt werden.
Als Nächstes wird eine Negativelektroden-Potenzialabweichung berechnet, welche eine Differenz zwischen dem Potenzial einer negativen Elektrode und dem Potenzial von Lithium ist. Die Negativelektroden-Potenzialabweichung kann zum Beispiel durch Messen der Potenzialdifferenz zwischen einer Referenzelektrode und der negativen Elektrode erhalten werden. Die Referenzelektrode ist zwischen einer positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet und wird zum Messen des Potenzials der positiven Elektrode und des Potenzials der negativen Elektrode verwendet.
Als Nächstes wird eine Präzipitationsstromdichte von Lithium auf der Grundlage der Temperatur der Zellen 12, der Austauschstromdichte und der Negativelektroden-Potenzialabweichung berechnet. Die Präzipitationsstromdichte kann zum Beispiel auf der Grundlage der Butler-Volmer-Gleichung berechnet werden, die durch den folgenden Ausdruck (27) dargestellt wird.
$i_{2} = i_{0,2} [exp (\frac{α_{a,2} F}{R T} η_{s,2}) - exp (\frac{α_{c,2} F}{R T} η_{s,2})]$
In dem vorstehenden Ausdruck (27) repräsentiert i₂ die Präzipitationsstromdichte von Lithium [A/cm²], repräsentiert i_0,2 die Austauschstromdichte [A/cm²] in den Präzipitations-Auflösungs-Reaktionen von Lithium, und repräsentiert α den Transferkoeffizienten in Oxidation (mit einem Index a) oder Reduktion (mit einem Index c). F repräsentiert die Faraday-Konstante [C/mol], R repräsentiert die das Konstante, T repräsentiert die absolute Temperatur, und η_s, ₂ repräsentiert eine Überspannung [V] in der Präzipitationsreaktion und der Auflösungsreaktion. Wenn η_s, ₂ einen negativen Wert hat, d.h. während der Präzipitation von Lithium, ist/wird die Überspannung auf die Negativelektroden-Potenzialabweichung gesetzt bzw. festgelegt.
Als Nächstes wird ein Änderungsbetrag des Lithium-Präzipitationsausmaßes auf der Grundlage eines zuvor abgeschätzten Präzipitationsreaktions-Oberflächenbereichs und der momentan berechneten Präzipitationsstromdichte berechnet. Der Änderungsbetrag des Lithium-Präzipitationsausmaßes entspricht einer Differenz zwischen dem momentanen Lithium-Präzipitationsausmaß und dem vorherigen Lithium-Präzipitationsausmaß. Wenn die Verarbeitung zum ersten Mal durchgeführt wird, kann ein voreingestellter Anfangswert als der Präzipitationsreaktions-Oberflächenbereich verwendet werden.
Der Änderungsbetrag des Lithium-Präzipitationausmaßes entspricht der Ladungsmenge, die durch den Präzipitationsstrom bereitgestellt wird, der bei einem negativen Elektrodenpotenzial, das niedriger ist als ein Lithiumpotenzial, unmittelbar nach der vorherigen Abschätzung des Lithium-Präzipitationsausmaßes durch die Zelle 12 fließt. Die Ladungsmenge kann durch Multiplizieren des Präzipitationswerts mit der Zeit, für welche der Präzipitationsstrom fließt, ermittelt werden. Der Präzipitationsstromwert kann durch Multiplizieren der Präzipitationsstromdichte mit dem Präzipitationsreaktions-Oberflächenbereich ermittelt werden.
Als Nächstes wird der Änderungsbetrag des Lithium-Präzipitationsausmaßes aus der vorangehenden Verarbeitung zu dem vorangehenden Lithium-Präzipitationsausmaß addiert, um das momentane Lithium-Präzipitationsausmaß zu berechnen. Wenn die Verarbeitung zum ersten Mal durchgeführt wird, kann ein voreingestellter Anfangswert als das vorangehende Lithium-Präzipitationsausmaß verwendet werden. Die dem momentanen Lithium-Präzipitationsausmaß entsprechende Ladungsmenge kann zum Beispiel auf der Grundlage des folgenden Ausdrucks (28) berechnet werden.
$Q L i_{c} = Q L 1_{p} + i_{2 c} \times A 2_{p} \times \frac{d t}{3600}$
In dem vorstehenden Ausdruck (28) repräsentiert ein Index c einem momentan abgeschätzten Wert, und repräsentiert ein Index p einen vorangehenden abgeschätzten Wert. QLi repräsentiert die Ladungsmenge [Ah] entsprechend dem Lithium-Präzipitationsausmaß, i₂ repräsentiert die Lithium-Präzipitationsstromdichte [A/cm²], A2 repräsentiert den Lithium-Präzipitationsreaktions-Oberflächenbereich, und dt repräsentiert eine Zeitspanne [Sekunden] für die Verarbeitung des Abschätzens des Lithium-Präzipitationsausmaßes. Ein zweiter Term auf der rechten Seite des vorstehenden Ausdrucks (28) spezifiziert den Änderungsbetrag des Lithium-Präzipitationsausmaßes.
Zum Berechnen der dem Lithium-Präzipitationsausmaß entsprechenden Ladungsmenge in der nächsten Verarbeitung ist es notwendig, den momentanen Lithium-Präzipitationsreaktions-Oberflächenbereich zu spezifizieren. Zum Beispiel kann, nachdem die Beziehung zwischen dem Lithium-Präzipitationsausmaß und dem Präzipitationsreaktions-Oberflächenbereich zuvor ermittelt wurde, der momentane Präzipitationsreaktions-Oberflächenbereich aus dem momentanen Lithium-Präzipitationsausmaß spezifiziert werden. Das Präzipitationsausmaß QLi, das auf der Grundlage des vorstehenden Ausdrucks (28) berechnet wurde, entspricht einer Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_Li} , die der Präzipitation von Lithium zugeordnet ist.
Die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_Li} , die der Lithiumpräzipitation zugeordnet ist, kann von der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S , die mit dem in Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Verfahren berechnet wurde, subtrahiert werden, um die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_W} , die der verschleißbedingten Verschlechterung zugeordnet ist, zu berechnen.
Nach der Berechnung der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_W} können die Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsraten k₁ und k₂ auf der Grundlage der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_W} spezifiziert werden. Zum Beispiel können dann, wenn die Beziehung zwischen der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_W} und den Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsraten k₁ und k₂ vorangehend durch ein Experiment oder dergleichen ermittelt wird, die Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsraten k₁ und k₂ aus der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_W} spezifiziert werden. Information, die die Beziehung zwischen der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_W} und den Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsraten k₁ und k₂ repräsentiert, kann unter Verwendung der Zelle 12, in welcher nur die Verschlechterung aufgrund von Verschleiß verursacht ist, ermittelt werden.
Bei der Verschlechterung aufgrund der Präzipitation von Lithium werden die Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsraten k₁ und k₂ kaum geändert, und wird die Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S signifikant geändert. Die der Präzipitation von Lithium zugeordnete Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_{S_W} kann von der Kompositionsentsprechungs-Fehlübereinstimmungskapazität ΔQ_S subtrahiert werden, um die Genauigkeit bei dem Spezifizieren der Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsraten k₁ und k₂ zu verbessern.
Nach der Spezifikation der optimalen Verschlechterungsparameter, wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben wurde, wird der Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ berechnet. Wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben wurde, kann eine Differenz zwischen dem Stromsummenwert (geschätzter Wert) ΔQ₂₂ und dem Stromsummenwert (tatsächlich gemessener Wert) ΔQ₂₁ verwendet werden, um zu ermitteln, ob der Stromunterbrecher 12b betätigt ist oder nicht.

Claims

Elektrisches Speichersystem, mit: einer Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken (11), die seriell verschaltet sind, wobei jeder der Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken (11) eine Vielzahl von elektrischen Speicherelementen (12) beinhaltet, die parallel verschaltet sind; einer Vielzahl von Stromunterbrechern (12b), wobei jeder der Vielzahl von Stromunterbrechern (12b) für jedes der Vielzahl von elektrischen Speicherelementen (12) bereitgestellt ist und dazu konfiguriert ist, einen Strompfad in dem elektrischen Speicherelement (12) zu unterbrechen; einem Spannungssensor, der dazu konfiguriert ist, eine Offenschaltkreisspannung des elektrischen Speicherblocks (11) zu erfassen; und einer Steuereinrichtung (40), die dazu konfiguriert ist, einen Betriebszustand des in dem elektrischen Speicherblock (11) enthaltenen Stromunterbrechers (12b) zu ermitteln, wobei in jedem der Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken (12) eine Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsrate (k1, k2) durch Dividieren der Kapazität der Einzelelektrode (122,125) in einem verschlechtertem Zustand durch die Kapazität der Einzelelektrode (122,125) in einem Anfangszustand definiert wird und eine Variation einer Kapazität des elektrischen Speicherblocks (11) durch Multiplizieren der Kapazität der negativen Elektrode (122) in dem verschlechtertem Zustand mit einem Verschiebeausmaß einer Kompositionsachse der negativen Elektrode (122) relativ zu einer Kompositionsachse der positiven Elektrode (125) definiert wird, und die Steuereinrichtung (40) ermittelt, dass der Stromunterbrecher (12b) betätigt ist, wenn eine erste Spannungskennlinie (θ₁) gegenüber einer zweiten Spannungskennlinie (θ₂) verschoben ist, wobei die erste Spannungskennlinie (θ₁) von de Spannungssensor erfasst wird und eine Änderung in der Offenschaltkreisspannung in Bezug auf die Kapazität des elektrischen Speicherblocks (11) angibt, und die zweite Spannungskennlinie aus der Kapazitätsretentionsrate (k1, k2) und der Variation der Kapazität berechnet wird und eine Änderung in der Offenschaltkreisspannung in Bezug auf die Kapazität des elektrischen Speicherblocks (11) angibt.
Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Stromsensor (32), der dazu konfiguriert ist, einen durch den elektrischen Speicherblock (11) fließenden Strom zu erfassen, wobei die Steuereinrichtung (40) durch Summieren von Strömen, die von dem Stromsensor (32) während einer Änderung in der Offenschaltkreisspannung (OCV) des elektrischen Speicherblocks (11) von einer ersten Spannung (OCV_H) auf eine zweite Spannung (OCV_M) erfasst wurden, einen ersten Summenwert berechnet, die Steuereinrichtung (40) unter Verwendung der zweiten Spannungskennlinie einen zweiten Summenwert berechnet, wobei der zweite Summenwert ein Stromsummenwert während einer Änderung in der Offenschaltkreisspannung des elektrischen Speicherblocks (11) von der ersten Spannung (OCV_H) auf die zweite Spannung (OCV_M) ist, und die Steuereinrichtung (40) ermittelt, dass der Stromunterbrecher (12b) betätigt ist, wenn ein Unterschied zwischen dem ersten Summenwert und dem zweiten Summenwert gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Stromsensor (32), der dazu konfiguriert ist, einen durch den elektrischen Speicherblock (11) fließenden Strom zu erfassen, wobei die Steuereinrichtung (40) durch Summieren von Strömen, die von dem Stromsensor (32) während einer Änderung in der Offenschaltkreisspannung (OCV) des elektrischen Speicherblocks (11) von einer ersten Spannung (OCV_H) auf eine zweite Spannung (OCV_M) erfasst wurden, einen ersten Summenwert berechnet, die Steuereinrichtung (40) unter Verwendung der zweiten Spannungskennlinie eine geschätzte Spannung berechnet, wobei die geschätzte Spannung eine Spannung ist, die erhalten wird, wenn die Kapazität des elektrischen Speicherblocks (11) durch den Summenwert ausgehend von einem der ersten Spannung (OCV_H) zugeordneten Kapazitätsniveau geändert wird, und die Steuereinrichtung (40) ermittelt, dass der Stromunterbrecher (12b) betätigt ist, wenn ein Unterschied zwischen dem ersten Summenwert und der geschätzten Spannung gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die erste Spannungskennlinie und die zweite Spannungskennlinie eine gleiche Charakteristik bei der ersten Spannung (OCV_H) und einer dritten Spannung (OCV_L) zeigen, wobei sich die dritte Spannung (OCV_L) von der zweiten Spannung (OCV_M) unterscheidet.
Elektrisches Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der verschlechterte Zustand ein verschlechterter Zustand ist, der aufgrund von Verschleiß des elektrischen Speicherelements (11) auftritt.
Elektrisches Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem dann, wenn das elektrische Speicherelement (11) eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist, die Variation der Kapazität eine Variation ist, die eine Variation der Kapazität aufgrund von Präzipitation von Lithium ausschließt.
Verfahren zum Ermitteln eines Zustands jedes von einer Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken (11), die seriell verschaltet sind, wobei jeder der Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken (11) eine Vielzahl von elektrischen Speicherelementen (12) beinhaltet, die parallel verschaltet sind, wobei jedes der Vielzahl von elektrischen Speicherelementen (12) einen Stromunterbrecher (12b) beinhaltet, der dazu konfiguriert ist, einen Strompfad in dem elektrischen Speicherelement (12) zu unterbrechen, in jedem der Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken (11) eine Einzelelektroden-Kapazitätsretentionsrate (k1, k2) durch Dividieren der Kapazität einer Einzelelektrode in einem verschlechtertem Zustand durch die Kapazität der Einzelelektrode in einem Anfangszustand definiert wird und eine Variation einer Kapazität des elektrischen Speicherblocks (12) durch Multiplizieren der Kapazität einer negativen Elektrode (122) in dem verschlechtertem Zustand mit einem Verschiebeausmaß einer Kompositionsachse der negativen Elektrode (122) relativ zu einer Kompositionsachse einer positiven Elektrode (125) definiert wird, und das Verfahren ein Ermitteln beinhaltet, dass der Stromunterbrecher (12b) betätigt ist, wenn eine erste Spannungskennlinie gegenüber einer zweiten Spannungskennlinie verschoben ist, wobei die erste Spannungskennlinie von einem Spannungssensor erfasst wird, der dazu konfiguriert ist, eine Offenschaltkreisspannung (OCV) von jedem der Vielzahl von elektrischen Speicherblöcken (11) zu erfassen, und eine Änderung in der Offenschaltkreisspannung (OCV) in Bezug auf die Kapazität des elektrischen Speicherblocks (11) angibt, und die zweite Spannungskennlinie aus der Kapazitätsretentionsrate (k1, k2) und der Variation der Kapazität berechnet wird und eine Änderung in der Offenschaltkreisspannung (OCV) in Bezug auf die Kapazität des elektrischen Speicherblocks (11) angibt.