DE112013006570T5

DE112013006570T5 - Batteriesystem

Info

Publication number: DE112013006570T5
Application number: DE112013006570.3T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kaiya; Kenji Takahashi; Yuji Nishi; Hiroki Tashiro
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2015-10-15
Also published as: KR101659848B1; US20150338468A1; CN104956538B; KR20150095803A; JP6094598B2; WO2014118824A1; US10209319B2; CN104956538A; BR112015017892B1; BR112015017892A2; JPWO2014118824A1

Abstract

Problem: Zusätzlich zu dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht zwischen den Elektroden beeinflussen andere Faktoren den Verschlechterungszustand und den Ladezustand einer Sekundärbatterie. Lösung: Ein Batteriesystem mit einer Sekundärbatterie (1), die aufgeladen und entladen werden kann, und einer Steuereinrichtung (300), welche den Verschlechterungszustand oder den Ladezustand der Sekundärbatterie abschätzt. Bei der Abschätzung des Verschlechterungszustands oder des Ladezustands verwendet die Steuereinrichtung eine mittlere Ionenkonzentration zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode. Die mittlere Ionenkonzentration variiert in Abhängigkeit von einem durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Strom. Die mittlere Ionenkonzentration zwischen den Elektroden kann mittels eines Rechenausdrucks, der einen Oberflächendruck der Sekundärbatterie als eine Variable enthält, berechnet werden. Der Oberflächendruck der Sekundärbatterie kann mittels eines Drucksensors erfasst werden. Der Oberflächendruck der Sekundärbatterie kann auch aus einem durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Strom abgeschätzt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem, in welchem der Verschlechterungszustand und der Ladezustand einer Sekundärbatterie abgeschätzt werden.
STAND DER TECHNIK
Im Patentdokument 1 wurde beschrieben, dass ein Beurteilungswert entsprechend einer Änderung eines Ungleichgewichts der Lithiumionenkonzentration in einer Elektrolytlösung berechnet wird und der Output der Sekundärbatterie basierend auf dem Beurteilungswert gesteuert wird. Der Beurteilungswert ist ein Wert zum Bewerten einer Verschlechterung (Degradierung) der Sekundärbatterie.
Wenn eine Sekundärbatterie entladen wird, wandern die Lithiumionen in der Elektrolytlösung von der negativen Elektrode in Richtung der positiven Elektrode, um ein Ungleichgewicht der Lithiumionenkonzentration in der Elektrolytlösung zu erzeugen. Unter der Annahme, dass das Ungleichgewicht der Lithiumionenkonzentration ein Faktor bei der Verschlechterung der Sekundärbatterie ist, wird der Beurteilungswert im Patentdokument 1 entsprechend dem Ungleichgewicht der Lithiumionenkonzentration zwischen den Elektroden berechnet.
DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT

[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-123435

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Wenn die Sekundärbatterie geladen und entladen wird, wird nicht nur zwischen den Elektroden ein Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht gebildet. Im Speziellen kann ein Ungleichgewicht der Lithiumionenkonzentration in einer Ebene auftreten, in der die positive Elektrode und die negative Elektrode einander gegenüberliegen, und kann die Konzentration an zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode vorhandenen Lithiumionen verändert werden. Das Ungleichgewicht der Lithiumionenkonzentration in der Ebene der Elektroden und die Änderung der Lithiumionenkonzentration zwischen den Elektroden beeinflussen ebenfalls die Verschlechterung der Sekundärbatterie.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Ein Batteriesystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Sekundärbatterie, die aufgeladen und entladen werden kann, und eine Steuereinrichtung, die ausgelegt ist zum Abschätzen des Verschlechterungszustands oder des Ladezustands der Sekundärbatterie. Wenn die Steuereinrichtung den Verschlechterungszustand oder den Ladezustand abschätzt, verwendet die Steuereinrichtung eine mittlere Ionenkonzentration zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode. Die mittlere Ionenkonzentration wird entsprechend einem durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Strom geändert.
Die mittlere Ionenkonzentration zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, d. h. die Menge an zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode vorhandenen Ionen, wird verändert bzw. verändert sich in Abhängigkeit von dem durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Strom. Entweicht beispielsweise Elektrolytlösung von zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode in Abhängigkeit von dem Entladezustand der Sekundärbatterie, führt dies zu einer Verringerung der mittleren Ionenkonzentration zwischen den Elektroden.
Eine derartige Änderung der mittleren Ionenkonzentration zwischen den Elektroden beeinflusst den Verschlechterungszustand und den Ladezustand der Sekundärbatterie. Angesichts dessen wird bei der vorliegenden Erfindung beim Abschätzen des Verschlechterungszustand und des Ladezustands der Sekundärbatterie die mittlere Ionenkonzentration zwischen den Elektroden berücksichtigt. Dies kann eine Kenntnis des Verschlechterungszustands und des Ladezustands bereitstellen, bei der die mittlere Ionenkonzentration eingebunden ist.
Die mittlere Ionenkonzentration zwischen den Elektroden kann berechnet werden mit einer Berechnungsformel, die den Oberflächendruck der Sekundärbatterie als eine Variable einschließt. Da die mittlere Ionenkonzentration zwischen den Elektroden abhängig ist von dem Oberflächendruck der Sekundärbatterie, kann die mittlere Ionenkonzentration zwischen den Elektroden berechnet werden sobald der Oberflächendruck der Sekundärbatterie erhalten werden kann.
Zum Beispiel bewirken Veränderungen beim Oberflächendruck, dass die Elektrolytlösung von zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode entweicht, so dass die mittlere Ionenkonzentration verringert wird. Die mittlere Ionenkonzentration zwischen den Elektroden kann berechnet werden, sobald der Oberflächendruck der Sekundärbatterie erhalten wird. Der Oberflächendruck der Sekundärbatterie kann mittels eines Drucksensors erfasst werden. Da der Oberflächendruck der Sekundärbatterie abhängig ist von dem durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Strom, kann der Oberflächendruck auch abgeschätzt werden anhand des durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Stroms. Der durch die Sekundärbatterie fließende elektrische Strom kann mittels eines Stromsensors erfasst werden.
Der Verschlechterungszustand oder der Ladezustand der Sekundärbatterie ist nicht nur von der mittleren Ionenkonzentration abhängig, sondern auch von einem Ionenkonzentrationsungleichgewicht zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode. Die Genauigkeit der Abschätzung des Verschlechterungszustands und des Ladezustands kann verbessert werden, indem nicht nur die mittlere Ionenkonzentration zwischen den Elektroden, sondern auch das Ionenkonzentrationsungleichgewicht zwischen den Elektroden ermittelt wird.
Das Ionenkonzentrationsungleichgewicht zwischen den Elektroden wird verändert entsprechend dem durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Strom. Wenn zur Erfassung des durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Stroms ein Stromsensor verwendet wird, kann das Ionenkonzentrationsungleichgewicht zwischen den Elektroden berechnet werden. Im Speziellen kann das Ionenkonzentrationsungleichgewicht zwischen den Elektroden berechnet werden durch Einsetzen eines von dem Stromsensor erfassten Werts in eine Berechnungsformel, welche den Stromwert als eine Variable enthält.
Der Verschlechterungszustand der Sekundärbatterie ist nicht nur von der mittleren Ionenkonzentration, sondern auch von einem Ionenkonzentrationsungleichgewicht in einer Ebene (in einer Elektrodenebene), in welcher die positive Elektrode und die negative Elektrode einander gegenüberliegen, abhängig. Die Genauigkeit der Abschätzung des Verschlechterungszustands kann verbessert werden, indem nicht nur die mittlere Ionenkonzentration zwischen den Elektroden, sondern auch das Ionenkonzentrationsungleichgewicht in der Elektrodenebene ermittelt wird.
Das Ionenkonzentrationsungleichgewicht in der Elektrodenebene ist abhängig von dem Oberflächendruck der Sekundärbatterie. Im Speziellen neigen Veränderungen des Oberflächendrucks dazu, dass ein Ionenkonzentrationsungleichgewicht in der Elektrodenebene verursacht wird. Sobald der Oberflächendruck der Sekundärbatterie erhalten wird, kann das Ionenkonzentrationsungleichgewicht in der Elektrodenebene berechnet werden. Im Speziellen kann das Ionenkonzentrationsungleichgewicht berechnet werden durch Verwenden einer Berechnungsformel, welche den Oberflächendruck als eine Variable enthält.
Wenn die mittlere Ionenkonzentration zwischen den Elektroden, das Ionenkonzentrationsungleichgewicht zwischen den Elektroden und das Ionenkonzentrationsungleichgewicht in der Elektrodenebene erhalten werden, kann die Genauigkeit der Abschätzung des Verschlechterungszustands weiter verbessert werden. Die Steuereinrichtung kann den Output von oder den Input zu der Sekundärbatterie beschränken (limitieren), wenn der Verschlechterungszustand abgeschätzt ist und ein den abgeschätzten Verschlechterungszustand spezifizierender Parameter größer als ein Grenzwert ist.
Dies kann eine Erhöhung des den Verschlechterungszustand spezifizierenden Parameters verhindern, um die Lebensdauer der Sekundärbatterie zu verlängern. Wenn die Genauigkeit der Abschätzung des Verschlechterungszustands wie oben beschrieben verbessert werden kann, kann ein übermäßiges Beschränken des Inputs zu oder des Outputs von der Sekundärbatterie vermieden werden, um die Input/Output-Charakteristiken der Sekundärbatterie zu verbessern. Zudem kann auch eine übermäßige Relaxation des Inputs zu und des Outputs von der Sekundärbatterie vermieden werden, um eine übermäßig fortschreitende Verschlechterung der Sekundärbatterie zu vermeiden. Als Folge davon kann die Lebensdauer der Sekundärbatterie verlängert werden.
Der Ladezustand der Sekundärbatterie kann abgeschätzt werden durch Berechnen einer mittleren Ionenkonzentration in einem aktiven Material. Wenn die Entsprechung zwischen der mittleren Ionenkonzentration in dem aktiven Material und dem Ladezustand vorab bestimmt wird, kann der Ladezustand der Sekundärbatterie spezifiziert werden durch Berechnen der mittleren Ionenkonzentration in dem aktiven Material. Die mittlere Ionenkonzentration in dem aktiven Material kann berechnet werden aus der Ionenkonzentrationsverteilung in dem aktiven Material.
Die Ionenkonzentrationsverteilung in dem aktiven Material kann berechnet werden mittels einer Diffusionsgleichung nach einem Festsetzen einer Randbedingung an einer Grenzfläche des aktiven Materials. Da die Randbedingung von der Stromdichte abhängig ist, kann die Randbedingung spezifiziert werden durch Berechnen der Stromdichte. Die Stromdichte kann berechnet werden aus der Spannung und der Konzentrationsüberspannung der Sekundärbatterie durch Verwenden eines Ausdrucks für ein Batteriemodell.
Die Spannung der Sekundärbatterie kann mittels eines Spannungssensors erfasst werden. Die Konzentrationsüberspannung ist abhängig von der mittleren Ionenkonzentration zwischen den Elektroden und dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht zwischen den Elektroden. Wie oben beschrieben, kann die Konzentrationsüberspannung durch Berechnen der mittleren Ionenkonzentration zwischen den Elektroden und des Ionenkonzentrationsungleichgewichts zwischen den Elektroden erhalten werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, welches den Aufbau eines Batteriesystems zeigt.
2 ist ein schematisches Diagramm, welches den Aufbau einer Sekundärbatterie zeigt.
3 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Ionenkonzentrationsungleichgewichts zwischen Elektroden.
4 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Ionenkonzentrationsungleichgewichts in einer Elektrodenebene.
5 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer mittleren Ionenkonzentration zwischen Elektroden.
6 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Ablauf der Berechnung des Ionenkonzentrationsungleichgewichts zwischen den Elektroden zeigt.
7 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Ablauf der Berechnung des Ionenkonzentrationsungleichgewichts in der Elektrodenebene zeigt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Ablauf der Berechnung der mittleren Ionenkonzentration zwischen den Elektroden zeigt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Ablauf der Berechnung eines Verschlechterungswerts zeigt.
10 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Ablauf der Steuerung des Outputs der Sekundärbatterie zeigt.
11 ist ein Diagramm, welches Änderungen im Verschlechterungswert und der abgegebenen elektrischen Leistung zeigt, wenn der Output der Sekundärbatterie gesteuert wird.
12 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Ablauf der Steuerung des Inputs zu der Sekundärbatterie zeigt.
13 ist ein Diagramm, welches Änderungen im Verschlechterungswert und der zugeführten elektrischen Leistung zeigt, wenn der Input zu der Sekundärbatterie gesteuert wird.
14 ist eine Tabelle, welche eine Liste von Variablen und dergleichen zeigt, die in einem Ausdruck für ein Batteriemodell verwendet werden.
15 ist ein Entwurfsdiagramm zur Erläuterung eines Batteriemodells.
16 ist ein Entwurfsdiagramm, welches ein Modell eines aktiven Materials zeigt, das mit Polarkoordinaten gezeigt ist.
17 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen einer Klemmspannung der Sekundärbatterie und verschiedenen mittleren Potenzialen zeigt.
18 ist ein Graph zur Erläuterung der Temperaturabhängigkeit eines Diffusionskoeffizienten.
19A ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen einer Leerlaufspannung (positive Elektrode) und einem lokalen SOC zeigt.
19B ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Leerlaufspannung (negative Elektrode) und dem lokalen SOC zeigt.
20 ist ein schematisches Diagramm, welches den Aufbau eines Batteriezustandsabschätzabschnitts zeigt, der in einer Steuereinrichtung vorgesehen ist.
21 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen einem SOC und einer mittleren Lithiumkonzentration zeigt.
22 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Ablauf der Abschätzung des SOC zeigt.
ART UND WEISE DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
1 ist ein Diagramm, welches den Aufbau eines Batteriesystems zeigt, das die Ausführungsform 1 ist. Das in 1 gezeigte Batteriesystem kann an einem Fahrzeug angebracht sein. Beispiele des Fahrzeugs umfassen ein Hybridfahrzeug HV (Hybrid Vehicle), ein Plug-in-Hybridfahrzeug PHV (Plug-in Hybrid Vehicle) und ein Elektrofahrzeug EV (Electric Vehicle). Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf jedes System, das zum Laden und Entladen einer Sekundärbatterie verwendet wird.
Das HV umfasst nicht nur eine wie später beschriebene montierte Batterie, sondern auch eine weitere Energiequelle wie einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle als die Energiequelle zum Antrieb des Fahrzeugs. Das PHV ist eine Variante des HV, bei der die montierte Batterie durch elektrische Energie von einer externen Energiequelle geladen werden kann. Das EV umfasst lediglich die montierte Batterie als die Energiequelle des Fahrzeugs und ermöglicht ein Laden der montierten Batterie durch Aufnahme von elektrischer Energie aus einer externen Energiequelle. Die externe Energiequelle ist eine Energiequelle (zum Beispiel ein Stromnetz als Quelle), die außerhalb und unabhängig von dem Fahrzeug vorgesehen ist.
Die montierte Batterie 100 umfasst eine Vielzahl an Sekundärbatterien 1, die elektrisch in Reihe geschalten sind. Beispiele der als eine Zelle fungierenden Sekundärbatterie 1 umfassen eine Nickelmetallhydridbatterie und eine Lithiumionenbatterie. Die Anzahl der Sekundärbatterien 1 kann basierend auf beispielsweise dem von der montierten Batterie 100 geforderten Output geeignet festgelegt werden.
Obwohl in der montierten Batterie 100 der vorliegenden Ausführungsform alle Sekundärbatterien 1 elektrisch in Reihe geschalten sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Im Speziellen kann die montierte Batterie 100 eine Vielzahl an Sekundärbatterien 1 einschließen, die elektrisch parallel geschalten sind. Eine Überwachungseinheit 201 erfasst die Spannung zwischen den Anschlüssen der montierten Batterie 100 oder erfasst die Spannung Vb einer jeden Sekundärbatterie 1 und gibt die erfassten Ergebnisse an eine Steuereinrichtung 300 aus.
Wenn die Vielzahl an Sekundärbatterien 1, welche die montierte Batterie 100 bilden, zu einer Vielzahl an Batterieblöcken gruppiert sind, kann die Überwachungseinheit 201 die Spannung eines jeden Batterieblocks erfassen. Der Batterieblock wird gebildet aus einer Vielzahl an Sekundärbatterien 1, die elektrisch in Reihe geschalten sind, und eine Vielzahl derartiger Batterieblöcke ist elektrisch in Reihe geschalten, um die montierte Batterie 100 zu bilden.
Ein Stromsensor 202 erfasst einen durch die montierte Batterie 100 fließenden Strom Ib und gibt das erfasste Ergebnis an die Steuereinrichtung 300 aus. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Annahme getroffen, dass ein Entladestrom Ib einen positiven Wert aufweist (Ib > 0) und ein Ladestrom Ib einen negativen Wert aufweist (Ib < 0). Obwohl der Stromsensor 202 an einer positiven Elektrodenleitung PL vorgesehen ist, die mit einem positiven Elektrodenanschluss der montierten Batterie 100 in der vorliegenden Ausführungsform verbunden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der Stromsensor 202 ist lediglich zum Erfassen des Stroms Ib erforderlich. Beispielsweise kann der Stromsensor 202 an einer negativen Elektrodenleitung NL vorgesehen sein, die mit einem negativen Elektrodenanschluss der montierten Batterie 100 verbunden ist. Es kann eine Vielzahl an Stromsensoren 202 vorgesehen werden.
Ein Temperatursensor 203 erfasst die Temperatur Tb der montierten Batterie 100 (Sekundärbatterie 1) und gibt das erfasste Ergebnis an die Steuereinrichtung 300 aus. Die Zahl der Temperatursensoren 203 kann geeignet festgelegt werden. Wenn eine Vielzahl an Temperatursensoren 203 verwendet wird, können Temperaturen Tb einer Vielzahl an an verschiedenen Positionen angeordneter Sekundärbatterien erfasst werden.
Die Steuereinrichtung 300 umfasst einen Speicher 300a, Der Speicher 300a speichert verschiedene Arten an Informationen, um es der Steuereinrichtung 300 zu ermöglichen, einen vorbestimmten Ablauf durchzuführen (zum Beispiel einen in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Ablauf). Obwohl der Speicher 300a in der vorliegenden Ausführungsform in der Steuereinrichtung 300 enthalten ist, kann der Speicher 300a außerhalb der Steuereinrichtung 300 vorgesehen sein.
Die positive Elektrodenleitung PL ist mit einem Systemhauptrelais SMR-B vorgesehen. Das Systemhauptrelais SMR-B wird als Antwort auf ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 300 zwischen ON und OFF umgeschaltet. Die negative Elektrodenleitung NL ist mit einem Systemhauptrelais SMR-G vorgesehen. Das Systemhauptrelais SMR-G wird als Antwort auf ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 300 zwischen ON und OFF umgeschaltet.
Das Systemhauptrelais SMR-G ist elektrisch parallel zu einem Systemhauptrelais SMR-P und einem Strombegrenzungswiderstand 204 geschaltet. Das Systemhauptrelais SMR-P und der Strombegrenzungswiderstand 204 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Das Systemhauptrelais SMR-P wird als Antwort auf ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 300 zwischen ON und OFF umgeschaltet. Der Strombegrenzungswiderstand 204 wird verwendet zum Verhindern des Fließens eines Einschaltstroms, wenn die montierte Batterie 100 mit einer Last verbunden wird (im Speziellem einem Wechselrichter 205).
Zum Verbinden der montierten Batterie 100 mit dem Wechselrichter 205 schaltet die Steuereinrichtung 300 zuerst das Systemhauptrelais SMR-B von OFF auf ON und das Systemhauptrelais SMR-P von OFF auf ON. Dies bewirkt, dass ein elektrischer Strom durch den Strombegrenzungswiderstand 204 fließt.
Als Nächstes schaltet die Steuereinrichtung 300 das Systemhauptrelais SMR-G von OFF auf ON und schaltet das Systemhauptrelais SMR-P von ON auf OFF. Dies vollendet die Verbindung zwischen der montierten Batterie 100 und dem Wechselrichter 205, und das in 1 gezeigte Batteriesystem ist in einem Zustand der Betriebsbereitschaft (Ready-On). Die Steuereinrichtung 300 erhält Informationen über einen Zündungsschalter des Fahrzeugs. Die Steuereinrichtung 300 startet das in 1 gezeigte Batteriesystem als Antwort auf ein Umschalten des Zündungsschalters von OFF auf ON.
Wenn demgegenüber der Zündungsschalter von ON auf OFF umgeschaltet wird, schaltet die Steuereinrichtung 300 die Systemhauptrelais SMR-B und SMR-G von ON auf OFF. Dies unterbricht die Verbindung zwischen der montierten Batterie 100 und dem Wechselrichter 205, und das in 1 gezeigte Batteriesystem befindet sich in dem Zustand der Nichtbetriebsbereitschaft (Ready-Off).
Der Wechselrichter 205 wandelt den Gleichstrom von der montierten Batterie 100 in einen Wechselstrom um und gibt den Wechselstrom an einen Motorgenerator 206 ab. Als Motorgenerator 206 kann beispielsweise ein Dreiphasenwechselstrommotor verwendet werden. Der Motorgenerator 206 erhält den Wechselstrom von dem Wechselrichter 205, um für den Antrieb des Fahrzeugs kinetische Energie zu erzeugen. Die durch den Motorgenerator 206 erzeugte kinetische Energie wird auf Räder übertragen, um den Antrieb des Fahrzeugs zu ermöglichen.
Zum Verlangsamen oder Anhalten des Fahrzeugs wandelt der Motorgenerator 206 die beim Bremsen des Fahrzeugs erzeugte kinetische Energie in elektrischer Energie (Wechselstrom) um. Der Wechselrichter 205 wandelt den durch den Motorgenerator 206 erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom um und gibt den Gleichstrom an die montierte Batterie 100 ab. Somit kann die montierte Batterie 100 die zurückgewonnene elektrische Leistung sammeln.
Obwohl die montierte Batterie 100 in der vorliegenden Ausführungsform mit dem Wechselrichter 205 verbunden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Im Speziellen kann an dem Strompfad, der die montierte Batterie 100 mit dem Wechselrichter 205 verbindet, ein Aufwärts-Schaltkreis vorgesehen werden. Der Aufwärts-Schaltkreis kann die Spannungsabgabe der montierten Batterie 100 erhöhen und gibt die elektrische Leistung bei der erhöhten Spannung an den Wechselrichter 205 ab. Der Aufwärts-Schaltkreis kann darüber hinaus die Spannungsabgabe des Wechselrichters 205 verringern und gibt die elektrische Leistung bei der verringerten Spannung an die montierte Batterie 100 ab.
Als Nächstes wird der Aufbau der Sekundärbatterie 1 unter Bezug auf 2 beschrieben. In 2 wird eine Lithiumionensekundärbatterie als ein Beispiel der Sekundärbatterie 1 verwendet. Eine in der 2 gezeigte Koordinatenachse x zeigt Positionen in einer Dickenrichtung der Elektrode an.
Die Sekundärbatterie 1 besitzt eine positive Elektrode 141, eine negative Elektrode 142 und einen Separator 143. Der Separator 143 ist zwischen der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 angeordnet und enthält eine Elektrolytlösung. Anstelle der Elektrolytlösung kann ein Festelektrolyt verwendet werden. In diesem Fall kann eine Schicht des Festelektrolyten zwischen der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 angeordnet sein.
Die positive Elektrode 141 weist eine Kollektorplatte 141a auf, die aus Aluminium oder dergleichen hergestellt ist. Die Kollektorplatte 141a ist elektrisch mit einem positiven Elektrodenanschluss 11 der Sekundärbatterie 1 verbunden. Die negative Elektrode 142 weist eine Kollektorplatte 142a auf, die aus Kupfer oder dergleichen hergestellt ist. Die Kollektorplatte 142a ist elektrisch mit einem negativen Elektrodenanschluss 12 der Sekundärbatterie 1 verbunden.
Die negative Elektrode 142 und die positive Elektrode 141 weisen Gruppen von kugelförmigen aktiven Materialien 142b bzw. 141b auf. Wenn wie in 2 gezeigt die Sekundärbatterie 1 entladen wird, findet an der Grenzfläche des aktiven Materials 142b in der negativen Elektrode 142 eine chemische Reaktion statt, wobei ein Lithiumion Li⁺ und ein Elektron e^– freigesetzt werden. Darüber hinaus findet an der Grenzfläche des aktiven Materials 141b in der positiven Elektrode 141 eine chemische Reaktion statt, wobei ein Lithiumion Li⁺ und ein Elektron e^– absorbiert werden.
Wenn die Sekundärbatterie 1 geladen wird, findet an der Grenzfläche des aktiven Materials 142b in der negativen Elektrode 142 eine chemische Reaktion statt, wobei ein Lithiumion Li⁺ und ein Elektron e^– absorbiert werden. Darüber hinaus findet an der Grenzfläche des aktiven Materials 141b in der positiven Elektrode 141 eine chemische Reaktion statt, wobei ein Lithiumion Li⁺ und ein Elektron e^– freigesetzt werden. Die Lithiumionen Li⁺ werden auf diese Weise zwischen der negativen Elektrode 142 und der positiven Elektrode 141 überführt, um ein Laden und Entladen der Sekundärbatterie 1 durchzuführen, wobei der Ladestrom Ib (Ib < 0) oder der Entladestrom Ib (Ib > 0) erzeugt wird.
Hinsichtlich der Konzentration an Lithiumionen in der Elektrolytlösung treten drei Zustände auf. Die nachfolgend beschriebenen drei Zustände beeinflussen die Leistungsfähigkeit (mit anderen Worten, den Verschlechterungszustand) der Sekundärbatterie 1. Es ist somit bevorzugt, die nachfolgend beschriebenen drei Zustände zu berücksichtigen, um über die Leistungsfähigkeit der Sekundärbatterie 1 auf dem Laufenden zu bleiben.
Der erste Zustand betrifft ein Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht zwischen der positiven Elektrode 141 und der negative Elektrode 142. Wenn, wie oben beschrieben, die Sekundärbatterie 1 geladen oder entladen wird, wandern die Lithiumionen in der Elektrolytlösung von einer Elektrode in Richtung der anderen Elektrode. Als Folge davon sind die Lithiumionen in Abhängigkeit von dem Laden oder Entladen der Sekundärbatterie 1 hauptsächlich in der positiven Elektrode 141 oder der negativen Elektrode 142 lokalisiert. Wenn im Speziellen die Sekundärbatterie 1 entladen wird, sind die Lithiumionen hauptsächlich in der positiven Elektrode 141 lokalisiert. Wenn die Sekundärbatterie 1 geladen wird, sind die Lithiumionen hauptsächlich in der negativen Elektrode 142 lokalisiert.
3 zeigt das Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht zwischen der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 (beispielhaft). Der in 3 gezeigte Pfeil zeigt eine Richtung an, in welcher das Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht auftritt. Mit anderen Worten, der in 3 gezeigte Pfeil zeigt die Richtung an, in welcher der Separator 143 (Elektrolytlösung) sandwichartig zwischen der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 angeordnet ist. Das in 3 gezeigte Beispiel stellt den Zustand dar, bei dem die Lithiumionenkonzentration nahe der negativen Elektrode 142 erhöht ist.
Im Speziellen ist die Lithiumionenkonzentration nahe der negativen Elektrode 142 höher als die Lithiumionenkonzentration nahe der positiven Elektrode 141. Die Lithiumionenkonzentration kann nahe der positiven Elektrode 141 erhöht sein. In diesem Fall ist die Lithiumionenkonzentration nahe der positiven Elektrode 141 höher als die Lithiumionenkonzentration nahe der negativen Elektrode 142.
Der zweite Zustand betrifft ein Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht in einer Ebene der Elektrode. Wenn die Sekundärbatterie 1 geladen oder entladen wird, kann das Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht nicht nur zwischen der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142, sondern auch in der Ebene der Elektrode auftreten. Die Ebene der Elektrode bedeutet eine Ebene (bezeichnet als eine Elektrodenebene), in welcher die positiven Elektrode 141 und die negative Elektrode 142 einander gegenüberliegen.
4 zeigt das Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht in der Elektrodenebene (beispielhaft). Der in 4 gezeigte Pfeil zeigt eine Richtung an, in welcher das Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht auftritt. Die Elektrodenebene ist eine Ebene, die orthogonal zu dem Blatt der 4 ist, und der in 4 gezeigte Pfeil stellt eine Richtung dar, welche die Elektrodenebene definiert. Die durch den Pfeil in 4 angezeigte Richtung und die dazu orthogonale Richtung definieren die Elektrodenebene.
Das in 4 gezeigte Beispiel stellt den Zustand dar, bei dem die Lithiumionenkonzentration nahe den beiden Enden der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 erhöht ist. Die beiden Enden der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 beziehen sich auf die beiden Enden der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 in der durch den Pfeil in 4 angezeigten Richtung. Wenn die Sekundärbatterie 1 entladen wird, kann das Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht wie in 4 gezeigt auftreten. In diesem Fall ist die Lithiumionenkonzentration an den beiden Enden der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 höher als die Lithiumionenkonzentration im Zentrum der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142.
Wenn die Sekundärbatterie 1 geladen wird, verhält sich das Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht entgegengesetzt zu dem, was in 4 gezeigt ist. Im Speziellen kann die Lithiumionenkonzentration, wenn die Sekundärbatterie 1 geladen wird, nahe dem Zentrum der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 erhöht sein. In diesem Fall ist die Lithiumionenkonzentration im Zentrum der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 höher als die Lithiumionenkonzentration an den beiden Enden der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142.
Der dritte Zustand betrifft eine Änderung der Lithiumionenkonzentration innerhalb der Elektrolytlösung. Wenn der Druck in der Elektrodenebene variiert, kann die Elektrolytlösung zwischen der positiven Elektrode 141 und der negative Elektrode 142 herausgedrückt werden. Insbesondere wenn die Sekundärbatterie 1 entladen wird, kann die Elektrolytlösung zwischen der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 herausgedrückt werden.
Das Herausdrücken der Elektrolytlösung verringert die zwischen der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 vorhandenen Lithiumionen. Mit anderen Worten, die Lithiumionen, die am Laden und Entladen der Sekundärbatterie 1 teilnehmen, sind verringert. Die Verringerung der Lithiumion erniedrigt den Mittelwert der Konzentration der zwischen der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 lokalisierten Lithiumionen. Wie oben beschrieben, kann das Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht zwischen der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 auftreten. Zur Ermöglichung eines derartigen Ungleichgewichts wird der Mittelwert der Lithiumionenkonzentration verwendet. Der Mittelwert der Lithiumionenkonzentration wird als eine mittlere Ionenkonzentration bezeichnet.
Wenn die Sekundärbatterie 1 bei einer höheren Rate (Stromwert) geladen oder entladen wird, treten in der Elektrodenebene mehr Druckveränderungen auf. 5 zeigt den Zustand, bei dem die mittlere Ionenkonzentration verringert ist (beispielhaft). Wenn die Druckvariationen in der Elektrodenebene auftreten, strömt die Elektrolytlösung zwischen der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 wie in 5 gezeigt aus. Der in 5 gezeigte Zustand tritt auf, wenn die Sekundärbatterie 1 entladen wird.
Wenn die Sekundärbatterie 1 geladen wird, tritt ein Verhalten auf, das zu dem in 5 gezeigten entgegengesetzt ist. Im Speziellen, wenn die Sekundärbatterie 1 geladen wird, so dass Druckveränderungen in der Elektrodenebene erzeugt werden, strömt die Elektrolytlösung in den Bereich zwischen der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 hinein. Dies erhöht die mittlere Ionenkonzentration.
In Bezug auf den oben beschriebenen ersten Zustand wird das Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode als ein Zwischenelektrodenionenkonzentrationsungleichgewicht bezeichnet. Das Zwischenelektrodenionenkonzentrationsungleichgewicht kann basierend auf dem folgenden Ausdruck (1) berechnet werden: dCe(t + Δt) = dCe(t) – dCe^relaxation + dCe^generation (1)
In dem obigen Ausdruck (1) bezeichnet dCe das Zwischenelektrodenionenkonzentrationsungleichgewicht, bezeichnet t die Zeit und bezeichnet Δt einen Zyklus (Zykluszeit) zur Berechnung des Ionenkonzentrationsungleichgewichts. Wie in dem Ausdruck (1) gezeigt, wird das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t + Δt) nach dem Ablauf der Zykluszeit Δt berechnet auf Basis des Ionenkonzentrationsungleichgewichts dCe(t) zum Zeitpunkt t (vorheriger Zeitpunkt).
Die Zykluszeit Δt kann geeignet festgelegt werden. Wenn die Zykluszeit Δt kürzer ist, kann das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe genauer bestimmt werden. Wenn die Zykluszeit Δt kürzer ist, steigt jedoch der Rechenaufwand bzw. Rechenlast. Somit kann der Wert der Zykluszeit Δt unter Berücksichtigung der Genauigkeit des Ionenkonzentrationsungleichgewichts dCe und der Rechenlast geeignet festgelegt werden.
In dem obigen Ausdruck (1) bezeichnet dCe^relaxation einen Term (Relaxationsterm) zum Relaxieren bzw. Rückbilden des Ionenkonzentrationsungleichgewichts während der Zykluszeit Δt. Der Relaxationsterm dCe^relaxation wird subtrahiert von dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t) zum Zeitpunkt t (dem vorherigen Zeitpunkt). Wenn der Relaxationsterm dCe^relaxation erhöht ist, ist das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(T + Δt) verringert, das heißt, das Zwischenelektrodenionenkonzentrationsungleichgewicht dCe ist verringert.
In dem obigen Ausdruck (1) bezeichnet dCe^generation einen Term (Erzeugungsterm) zum Erzeugen des Ionenkonzentrationsungleichgewichts während der Zykluszeit Δt. Der Erzeugungsterm dCe^generation wird zu dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t) zum Zeitpunkt t (dem vorherigen Zeitpunkt) addiert. Wenn der Erzeugungsterm dCe^generation erhöht ist, ist das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t + Δt) erhöht, das heißt, das Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht zwischen den Elektroden neigt dazu, erhöht zu sein.
Wie oben beschrieben, umfasst das Zwischenelektrodenionenkonzentrationsungleichgewicht den Zustand, bei dem die Lithiumionenkonzentration nahe der positiven Elektrode 141 erhöht ist, und den Zustand, bei dem die Lithiumionenkonzentration nahe der negativen Elektrode 142 erhöht ist. Das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe kann für jeden der Zustände, bei dem die Lithiumionenkonzentration nahe der positiven Elektrode 141 erhöht ist und bei dem die Lithiumionenkonzentration nahe der negativen Elektrode 142 erhöht ist, berechnet werden. Dies kann das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe bestimmen, wenn die Sekundärbatterie 1 vorzugsweise entladen wird, oder kann da Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe bestimmen, wenn die Sekundärbatterie vorzugsweise geladen wird.
Der Relaxationsterm dCe^relaxation kann beispielsweise basierend auf dem folgenden Ausdruck (2) berechnet werden. Es sei angemerkt, dass der Ausdruck zum Berechnen des Relaxationsterms dCe^relaxation nicht auf den folgenden Ausdruck (2) beschränkt ist und dass jeglicher Ausdruck verwendet werden kann, solange die Relaxation des Zwischenelektrodenionenkonzentrationsungleichgewichts spezifiziert werden kann: dCe^relaxation = α × dCe(t) × Δt (2)
In dem Ausdruck (2) bezeichnet dCe(t) das Ionenkonzentrationsungleichgewicht zum Zeitpunkt t (vorheriger Zeitpunkt) und bezeichnet Δt die oben beschriebenen Zykluszeit. Gemäß dem obigen Ausdruck (2) ist der Relaxationsterm dCe^relaxation abhängig von dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t) und der Zykluszeit Δt.
α bezeichnet einen Relaxationskoeffizienten. Der Relaxationskoeffizient α ist abhängig von dem Ladezustand SOC (State Of Charge), der Temperatur Tb der Sekundärbatterie 1 und dergleichen. Sobald die Entsprechung (Kennfeld) zwischen dem Relaxationskoeffizienten α und dem SOC beispielsweise experimentell bestimmt ist, wird der SOC abgeschätzt und kann dann der Relaxationskoeffizient α entsprechend dem abgeschätzten SOC spezifiziert werden. Der SOC bezeichnet das Verhältnis der Kapazität bei aktuellem Ladezustand zu der Kapazität bei Vollladung.
Sobald die Entsprechung (Kennfeld) zwischen dem Relaxationskoeffizienten α und der Batterietemperatur Tb beispielsweise experimentell bestimmt ist, wird die Batterietemperatur Tb erfasst und kann dann der Relaxationskoeffizient α entsprechend der erfassten Temperatur Tb spezifiziert werden. Die Entsprechung (Kennfeld) zwischen dem SOC und der Batterietemperatur Tb und dem Relaxationskoeffizienten α kann vorab beispielsweise experimentell bestimmt werden. In diesem Fall wird der SOC abgeschätzt und wird die Batterietemperatur Tb erfasst und kann dann der Relaxationskoeffizient α entsprechend dem SOC und der Batterietemperatur Tb spezifiziert werden. Das Kennfeld zum Spezifizieren des Relaxationskoeffizienten α kann in dem Speicher 300a gespeichert werden.
Der Erzeugungsterm dCe^generation kann beispielsweise basierend auf dem folgenden Ausdruck (3) berechnet werden. Es sei angemerkt, dass der Ausdruck zur Berechnung des Erzeugungsterms dCe^generation nicht auf den folgenden Ausdruck (3) beschränkt ist, und es kann ein beliebiger Ausdruck verwendet werden, solange die Erzeugung des Zwischenelektrodenionenkonzentrationsungleichgewichts spezifiziert werden kann: dCe^generation = β × Ib(t) × Δt (3)
In dem Ausdruck (3) bezeichnet Ib(t) den Wert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie 1 zum Zeitpunkt t fließt, und bezeichnet Δt die oben beschriebene Zykluszeit. Der durch den Stromsensor 202 erfasste Wert (absoluter Wert) wird als der Stromwert Ib verwendet. Gemäß dem obigen Ausdruck (3) ist der Erzeugungsterm dCe^generation abhängig von dem Stromwert Ib(t) und der Zykluszeit Δt.
β bezeichnet einen Erzeugungskoeffizienten. Der Erzeugungskoeffizient β ist abhängig von dem SOC, der Temperatur Tb der Sekundärbatterie 1 und dergleichen. Die Entsprechung (Kennfeld) zwischen zumindest einem von dem SOC und der Batterietemperatur Tb und dem Erzeugungskoeffizienten β kann vorab beispielsweise experimentell bestimmt werden. Bei der Verwendung des Kennfelds wird der SOC abgeschätzt oder wird die Batterietemperatur Tb erfasst und kann dann der Erzeugungskoeffizient β entsprechend von zumindest einem von dem SOC und der Batterietemperatur Tb spezifiziert werden. Das Kennfeld zum Spezifizieren des Erzeugungskoeffizienten β kann in dem Speicher 300a gespeichert werden.
Hinsichtlich des oben beschriebenen zweiten Zustands kann das Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht in der Elektrodenebene basierend auf dem folgenden Ausdruck (4) berechnet werden: ΔCe(t + Δt) = ΔCe(t) – ΔCe^relaxation + ΔCe^generation (4)
In dem obigen Ausdruck (4) bezeichnet ΔCe das Ionenkonzentrationsungleichgewicht in der Elektrodenebene, bezeichnet t die Zeit und bezeichnet Δt den Zyklus (Zykluszeit) zur Berechnung des Ionenkonzentrationsungleichgewichts ΔCe und ist dasselbe wie die in dem obigen Ausdruck (1) beschrieben Zykluszeit. Wie in dem Ausdruck (4) gezeigt, wird das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t + Δt) nach dem Ablauf der Zykluszeit Δt basierend auf dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t) zum Zeitpunkt t (der vorherige Zeitpunkt) berechnet.
In dem obigen Ausdruck (4) bezeichnet ΔCe^relaxation einen Term (Relaxationsterm) zum Relaxieren bzw. Rückbilden des Ionenkonzentrationsungleichgewichts während der Zykluszeit Δt. Der Relaxationsterm ΔCe^relaxation wird von dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t) zum Zeitpunkt t (dem vorherigen Zeitpunkt) subtrahiert. Wenn der Relaxationsterm ΔCe^relaxation erhöht ist, ist das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t + Δt) verringert, das heißt, das Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht in der Elektrodenebene ist verringert.
In dem obigen Ausdruck (4) bezeichnet ΔCe^generation einen Term (Erzeugungsterm) zum Erzeugen des Ionenkonzentrationsungleichgewichts während der Zykluszeit Δt. Der Erzeugungsterm ΔCe^generation wird zu dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t) zum Zeitpunkt t (dem vorherigen Zeitpunkt) addiert. Wenn der Erzeugungsterm ΔCe^generation erhöht ist, ist das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t + Δt) erhöht, das heißt, das Lithiumionenkonzentrationsungleichgewicht in der Elektrodenebene neigt dazu, erhöht zu sein.
Wie oben beschrieben, umfasst das Ionenkonzentrationsungleichgewicht in der Elektrodenebene den Zustand, bei dem die Lithiumionenkonzentration nahe der beiden Enden der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 erhöht ist (siehe 4), und den Zustand, bei dem die Lithiumionenkonzentration nahe dem Zentrum der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 erhöht ist. Das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe kann für jeden der beiden Zustände berechnet werden. Damit kann das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe bestimmen, wenn die Sekundärbatterie 1 vorzugsweise entladen wird, oder kann das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe bestimmen, wenn die Sekundärbatterie 1 vorzugsweise geladen wird.
Der Relaxationsterm ΔCe^relaxation kann beispielsweise basierend auf dem folgenden Ausdruck (5) berechnet werden. Es sei angemerkt, dass der Ausdruck zum Berechnen des Relaxationsterms nicht auf den folgenden Ausdruck (5) beschränkt ist und jeglicher Ausdruck verwendet werden kann, solange die Relaxation des Ionenkonzentrationsungleichgewichts in der Elektrodenebene spezifiziert werden kann: ΔCe^relaxation = α' × ΔCe(t) × Δt (5)
In dem Ausdruck (5) bezeichnet ΔCe(t) das Ionenkonzentrationsungleichgewicht zum Zeitpunkt t (vorheriger Zeitpunkt) und bezeichnet Δt die oben beschriebene Zykluszeit. Gemäß dem obigen Ausdruck (5) ist der Relaxationsterm ΔCe^relaxation abhängig von dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t) und der Zykluszeit Δt.
α' bezeichnet einen Relaxationskoeffizienten. Der Relaxationskoeffizient α' ist abhängig von dem SOC, der Temperatur Tb der Sekundärbatterie 1 und der dergleichen. Die Entsprechung (Kennfeld) zwischen dem Relaxationskoeffizienten α' und mindestens einem von dem SOC und der Batterietemperatur Tb kann vorab beispielsweise experimentell bestimmt werden. Es wird der SOC abgeschätzt oder wird die Batterietemperatur Tb erfasst und kann dann der Relaxationskoeffizient α' entsprechend von mindestens einem des SOC und der Batterietemperatur Tb spezifiziert werden. Das Kennfeld zum Spezifizieren des Relaxationskoeffizienten α' kann in dem Speicher 300a gespeichert werden.
Der Erzeugungsterm ΔCe^generation kann beispielsweise basierend auf dem folgenden Ausdruck (6) berechnet werden. Es sei angemerkt, dass der Ausdruck zur Berechnung des Erzeugungsterms ΔCe^generation nicht auf den folgenden Ausdruck (6) beschränkt ist und jeglicher Ausdruck verwendet werden kann, solange die Erzeugung des Ionenkonzentrationsungleichgewichts in der Elektrodenebene spezifiziert werden kann: ΔCe^generation = β' × P × ΔCe(t) × Δt (6)
In dem Ausdruck (6) bezeichnet ΔCe das Ionenkonzentrationsungleichgewicht zum Zeitpunkt t (vorheriger Zeitpunkt), bezeichnet P einen Oberflächendruck der Sekundärbatterie 1 und bezeichnet Δt die Zykluszeit. Gemäß dem Ausdruck (6) ist der Erzeugungsterm ΔCe^generation abhängig von dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe, der Zykluszeit Δt und dem Oberflächendruck P.
Der Oberflächendruck P kann tatsächlich gemessen werden oder kann mittels eines vorher per Experiment oder dergleichen erhaltenen Kennfelds abgeschätzt werden. Für ein tatsächliches Messen des Oberflächendrucks P kann ein Drucksensor außerhalb oder innerhalb eines das Äußere der Sekundärbatterie 1 bildenden Batteriegehäuses angeordnet sein. Die Steuereinrichtung 300 kann auf Basis der Ausgabe des Drucksensors den Oberflächendruck P erfassen.
Der Oberflächendruck P ist abhängig von dem Wert des durch die Sekundärbatterie 1 fließenden Stroms Ib, dem SOC und der Temperatur Tb der Sekundärbatterie 1 und dergleichen. Somit kann vorab ein Kennfeld erzeugt werden, das die Entsprechung zwischen mindestens einem von dem Stromwert Ib, dem SOC und der Batterietemperatur Tb und dem Oberflächendruck P darstellt. Es wird der Stromwert Ib erfasst, wird der SOC abgeschätzt oder wird die Batterietemperatur Tb erfasst und kann dann der Oberflächendruck P entsprechend von mindestens einem von dem Stromwert Ib, dem SOC und der Batterietemperatur Tb spezifiziert werden. Das Kennfeld zum Spezifizieren des Oberflächendrucks P kann in dem Speicher 300a gespeichert werden.
β' bezeichnet einen Erzeugungskoeffizienten. Der Erzeugungskoeffizient β' ist abhängig von dem SOC, der Temperatur Tb der Sekundärbatterie 1 und dergleichen. Somit kann vorab ein Kennfeld bestimmt werden, das die Entsprechung zwischen mindestens einem von dem SOC und der Batterietemperatur Tb und dem Erzeugungskoeffizienten β' darstellt. Es wird der SOC abgeschätzt oder wird die Batterietemperatur Tb erfasst und kann dann der Erzeugungskoeffizient β' entsprechend von mindestens einem von dem SOC und der Batterietemperatur Tb spezifiziert werden.
Hinsichtlich des oben beschriebenen dritten Zustands kann die mittlere Zwischenelektrodenionenkonzentration basierend auf dem folgenden Ausdruck (7) berechnet werden: Ce_ave(t + Δt) = Ce_ave(t) – Ce_ave ^relaxation + Ce_ave ^generation (7)
In dem Ausdruck (7) bezeichnet Ce_ave die mittlere Ionenkonzentration, bezeichnet t die Zeit und bezeichnet Δt den Zyklus (Zykluszeit) zur Berechnung der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave und ist dasselbe wie die in dem obigen Ausdruck (1) beschriebene Zykluszeit Δt. Wie in dem Ausdruck (7) gezeigt, wird die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t + Δt) nach dem Ablauf der Zykluszeit Δt berechnet auf Basis der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t) zum Zeitpunkt t (dem vorherigen Zeitpunkt).
In dem obigen Ausdruck (7) bezeichnet Ce_ave ^relaxation einen Term (Verringerungsterm) zur Verringerung der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave während der Zykluszeit Δt. Der Verringerungsterm Ce_ave ^relaxation wird von der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t) zum Zeitpunkt t (der vorherige Zeitpunkt) subtrahiert. Wenn der Verringerungsterm Ce_ave ^relaxation erhöht ist, ist die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t + Δt) verringert.
In dem obigen Ausdruck (7) bezeichnet Ce_ave ^generation einen Term (Erhöhungsterm) zum Erhöhen der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave während der Zykluszeit Δt. Der Erhöhungsterm Ce_ave ^generation wird zu der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t) zum Zeitpunkt t (dem vorherigen Zeitpunkt) addiert. Wenn der Erhöhungsterm Ce_ave ^generation erhöht ist, ist die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t + Δt) erhöht.
Der Verringerungsterm Ce_ave ^relaxation kann beispielsweise berechnet werden auf Basis des folgenden Ausdrucks (8). Es sei angemerkt, dass der Ausdruck zur Berechnung des Verringerungsterms Ce_ave ^relaxation nicht auf den folgenden Ausdruck (8) beschränkt ist und jeglicher Ausdruck verwendet werden kann, solange die Verringerung der mittleren Zwischenelektrodenionenkonzentration Ce_ave spezifiziert werden kann: Ce_ave ^relaxation = α'' × Ce_ave(t) × Δt (8)
In dem Ausdruck (8) bezeichnet Ce_ave(t) die mittlere Ionenkonzentration zum Zeitpunkt t (vorheriger Zeitpunkt) und bezeichnet Δt die Zykluszeit. Gemäß dem obigen Ausdruck (8) ist der Verringerungsterm Ce_ave ^relaxation abhängig von der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t) und der Zykluszeit Δt.
α'' bezeichnet einen Verringerungskoeffizienten. Der Verringerungskoeffizient α'' ist abhängig von dem SOC, der Temperatur Tb der Sekundärbatterie 1 und dergleichen. Die Entsprechung (Kennfeld) zwischen mindestens einem von dem SOC und der Batterietemperatur Tb und dem Verringerungskoeffizienten α'' kann beispielsweise experimentell vorab bestimmt werden. Es wird der SOC abgeschätzt oder wird die Batterietemperatur Tb erfasst und kann dann der Verringerungskoeffizient α'' entsprechend von mindestens einem von dem SOC und der Batterietemperatur Tb spezifiziert werden. Das Kennfeld zum Spezifizieren des Verringerungskoeffizienten α'' kann in dem Speicher 300a gespeichert werden.
Der Erhöhungsterm Ce_ave ^generation kann beispielsweise auf Basis des folgenden Ausdrucks (9) berechnet werden. Es sei angemerkt, dass der Ausdruck zur Berechnung der Erhöhungsterms Ce_ave ^generation nicht auf den folgenden Ausdruck (9) beschränkt ist und jeglicher Ausdruck verwendet werden kann, solange die Erhöhung der mittleren Zwischenelektrodenionenkonzentration Ce_ave spezifiziert werden kann: Ce_ave ^generation = β'' × P × Ce_ave(t) × Δt (9)
In dem Ausdruck (9) bezeichnet Ce_ave die mittlere Ionenkonzentration zum Zeitpunkt t (vorheriger Zeitpunkt), bezeichnet Δt die Zykluszeit und bezeichnet P den Oberflächendruck der Sekundärbatterie 1. Wie bei dem Ausdruck (6) beschrieben, kann der Oberflächendruck P tatsächlich gemessen werden oder kann mittels des Kennfelds abgeschätzt werden, das vorab beispielsweise experimentell erhalten wurde. Gemäß dem Ausdruck (9) ist der Erhöhungsterm Ce_ave ^generation abhängig von der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave, der Zykluszeit Δt und dem Oberflächendruck P.
β'' bezeichnet einen Erhöhungskoeffizienten. Der Erhöhungskoeffizient β'' ist abhängig von dem SOC, der Temperatur Tb des Sekundärbatterie 1 und dergleichen. Ein Kennfeld, das die Entsprechung zwischen mindestens einem von dem SOC und der Batterietemperatur Tb und dem Erhöhungskoeffizienten β'' darstellt, kann vorab bestimmt werden. Es wird der SOC abgeschätzt oder wird die Batterietemperatur Tb erfasst und kann dann der Erhöhungskoeffizient β'' entsprechend mindestens einem von dem SOC und der Batterietemperatur Tb spezifiziert werden. Das zum Spezifizieren des Erhöhungskoeffizienten β'' verwendete Kennfeld kann in dem Speicher 300a gespeichert werden.
Wenn die Ionenkonzentrationsungleichgewichte dCe, ΔCe und die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave wie oben beschrieben berechnet werden, kann auf Basis dieser berechneten Werte ein Verschlechterungswert D der Sekundärbatterie 1 berechnet werden. Der Verschlechterungswert D ist ein Parameter, welcher den Verschlechterungszustand der Sekundärbatterie 1 spezifiziert. In dem Maße, wie die Verschlechterung der Sekundärbatterie 1 fortschreitet, erhöht sich der Verschlechterungswert D.
Der Verschlechterungswert D kann berechnet werden unter Verwendung von mindestens einem von den Ionenkonzentrationsungleichgewichten dCe, ΔCe und der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave. Beispielsweise kann der Verschlechterungswert D mittels eines der folgenden Ausdrücke (10) bis (15) berechnet werden: D(t) = Ce_ave(t) × k₁ (10) D(t) = ΔCe × k₂ (11) D(t) = dCe × k₃ (12) D(t) = Ce_ave(t) × k₁ + ΔCe × k₂ (13) D(t) = Ce_ave(t) × k₁ + dCe × k₃ (14) D(t) = k₁ × Ce_ave(t) + k₂ × ΔCe(t) + k₃ × dCe(t) (15)
In jedem der Ausdrücke (10) bis (15) bezeichnet D(t) den Verschlechterungswert D zum Zeitpunkt t. Der Ausdruck (10) ist ein Ausdruck zum Berechnen des Verschlechterungswerts D aus der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave. Der in dem Ausdruck (10) aufgezeigte Umwandlungskoeffizient k1 bezeichnet einen Wert, der zur Umwandlung der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave zu dem Verschlechterungswert D verwendet wird.
Der Ausdruck (11) ist ein Ausdruck zum Berechnen des Verschlechterungswerts D aus dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe in der Elektrodenebene. Der in dem Ausdruck (11) gezeigte Umwandlungskoeffizient k2 bezeichnet einen Wert, der zum Umwandeln des Ionenkonzentrationsungleichgewichts ΔCe in der Elektrodenebene zu dem Verschlechterungswert D verwendet wird. Der Ausdruck (12) ist ein Ausdruck zum Berechnen des Verschlechterungswerts D aus dem Zwischenelektrodenionenkonzentrationsungleichgewicht dCe. Der in dem Ausdruck (12) aufgezeigte Umwandlungskoeffizient k3 bezeichnet einen Wert, der zum Umwandeln des Zwischenelektrodenionenkonzentrationsungleichgewichts dCe zu dem Verschlechterungswert D verwendet wird.
Der Ausdruck (13) ist ein Ausdruck zum Berechnen des Verschlechterungswerts D aus der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave und dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe. Die in dem Ausdruck (13) aufgezeigten Umwandlungskoeffizienten k1 und k2 entsprechen den in den Ausdrücken (10) bzw. (11) beschriebenen Umwandlungskoeffizienten. Der Ausdruck (14) ist ein Ausdruck zum Berechnen des Verschlechterungswerts D aus der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave und dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe. Die in dem Ausdruck (14) aufgezeigten Umwandlungskoeffizienten k1 und k3 entsprechen den in den Ausdrücken (10) bzw. (12) beschriebenen Umwandlungskoeffizienten.
Der Ausdruck (15) ist ein Ausdruck zum Berechnen des Verschlechterungswerts D aus der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave und den Ionenkonzentrationsungleichgewichten ΔCe und dCe. Die in dem Ausdruck (15) aufgezeigten Umwandlungskoeffizienten k1, k2 und k3 entsprechen den in den Ausdrücken (10) bis (12) entsprechend beschriebenen Umwandlungskoeffizienten.
Allgemein gilt, dass sich die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave und das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe über einen längeren Zeitraum ändern, als dies das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe tut. Für eine Vorhersage der Langzeitleistungsfähigkeit (Verschlechterung) der Sekundärbatterie 1 kann mindestens eines von der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave und dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe verwendet werden zum Berechnen des Verschlechterungswerts D.
Zur Vorhersage einer Kurzzeitleistungsfähigkeit (Verschlechterung) der Sekundärbatterie 1 kann zur Berechnung des Verschlechterungswerts D lediglich das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe verwendet werden. Auf diese Weise können zur Berechnung des Verschlechterungswerts D die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave, das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe oder dCe für den Zeitraum der Vorhersage der Leistungsfähigkeit (Verschlechterung) der Sekundärbatterie 1 geeignet gewählt werden.
Als Nächstes wird der Ablauf der Berechnung des Zwischenelektrodenionenkonzentrationsungleichgewichts dCe unter Bezug auf das in 6 gezeigte Ablaufdiagramm beschrieben. Der in 6 gezeigte Ablauf wird periodisch durchgeführt, einmal in der oben beschriebenen Zykluszeit Δt. Der in 6 gezeigte Ablauf wird von der Steuereinrichtung 300 ausgeführt.
Im Schritt S101 erfasst die Steuereinrichtung 300 den Stromwert Ib der Sekundärbatterie 1 basierend auf dem Output des Stromsensors 202. Im Schritt S202 berechnet die Steuereinrichtung 300 den SOC der Sekundärbatterie 1. Die Berechnung des SOC kann auf geeignete Weise mittels eines bekannten Verfahrens durchgeführt werden.
Beispielsweise kann der SOC der Sekundärbatterie 1 berechnet werden durch Aufsummieren der Stromwerte Ib, wenn die Sekundärbatterie 1 geladen und entladen wird. Alternativ dazu kann der SOC der Sekundärbatterie 1 spezifiziert werden durch Messen der Leerlaufspannung OCV (Open Circuit Voltage) der Sekundärbatterie 1. Die OCV und der SOC weisen eine Entsprechung auf, und die Entsprechung kann vorab bestimmt werden. Sobald die OCV gemessen ist, kann der SOC entsprechend der OCV spezifiziert werden.
Im Schritt S103 erfasst de Steuereinrichtung 300 die Temperatur Tb der Sekundärbatterie 1 basierend auf dem Output des Temperatursensors 203. Im Schritt S104 spezifiziert die Steuereinrichtung 300 den Relaxationskoeffizienten α basierend auf dem SOC und der Batterietemperatur Tb. Die Steuereinrichtung 300 kann das in dem Speicher 300a gespeicherte Kennfeld verwenden, um den Relaxationskoeffizienten α entsprechend dem SOC und der Batterietemperatur Tb zu spezifizieren. Der bei der Verarbeitung des Schritts S102 berechnete Wert wird als der SOC verwendet und der bei der Verarbeitung des Schritts S103 erfasste Wert wird als die Batterietemperatur Tb verwendet.
Im Schritt S105 spezifiziert die Steuereinrichtung 300 das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t) zum Zeitpunkt t (vorheriger Zeitpunkt). In der vorliegenden Ausführungsform wird jedes Mal wenn die Zykluszeit Δt verstrichen ist das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe berechnet und in dem Speicher 300a gespeichert. Dies ermöglicht der Steuereinrichtung 300, das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t) zum Zeitpunkt t (vorheriger Zeitpunkt) aus dem Speicher 300a auszulesen.
Im Schritt S106 berechnet die Steuereinrichtung 300 den Relaxationsterm dCe^relaxation. Im Speziellen kann die Steuereinrichtung 300 den Relaxationsterm dCe^relaxation basierend auf dem obigen Ausdruck (2) berechnen. Der bei der Verarbeitung des Schritts S104 spezifizierte Wert wird im Ausdruck (2) als der Relaxationskoeffizient α verwendet. Der bei der Verarbeitung des Schritts S105 spezifizierte Wert wird als das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t) in dem Ausdruck (2) verwendet.
Im Schritt S107 spezifiziert die Steuereinrichtung 300 den Erzeugungskoeffizienten β. Im Speziellen verwendet die Steuereinrichtung 300 das in dem Speicher 300a gespeicherte Kennfeld, um den Erzeugungskoeffizienten β entsprechend dem SOC und der Batterietemperatur Tb zu spezifizieren. Der bei der Verarbeitung des Schritts S102 berechnete Wert wird als der SOC verwendet und der bei der Verarbeitung des Schritts S103 erfasste Wert wird als die Batterietemperatur Tb verwendet.
Im Schritt S108 berechnet die Steuereinrichtung 300 den Erzeugungsterm dCe^generation. Im Speziellen berechnet die Steuereinrichtung 300 den Erzeugungsterm dCe^generation, basierend auf dem obigen Ausdruck (3). In dem Ausdruck (3) wird als der Stromwert Ib der bei der Verarbeitung des Schritts S101 erfasste Wert verwendet. Als der in dem Ausdruck (3) verwendete Erzeugungsterm β wird der bei der Verarbeitung des Schritts S107 spezifizierte Wert verwendet.
Im Schritt S109 berechnet die Steuereinrichtung 300 das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t + Δt) zum vorliegenden Zeitpunkt. Im Speziellen kann die Steuereinrichtung 300 das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t + Δt) basierend auf dem obigen Ausdruck (1) berechnen. Als das in dem Ausdruck (1) verwendete Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t) wird der bei der Verarbeitung des Schritts S105 spezifizierte Wert verwendet. Als der Relaxationsterm dCe^relaxation wird der bei der Verarbeitung des Schritts S106 berechnete Wert verwendet. Als der Erzeugungsterm dCe^generation wird der bei der Verarbeitung des Schritts S108 berechnete Wert verwendet.
Im Schritt S110 speichert die Steuereinrichtung 300 das bei der Verarbeitung des Schritts S109 berechnete Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t + Δt) in dem Speicher 300a. Das im Speicher 300a gespeicherte Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t + Δt) wird der nächsten Verarbeitung zur Berechnung des Ionenkonzentrationsungleichgewichts dCe bei verwendet. Mit anderen Worten, das in dem Speicher 300a gespeicherte Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t + Δt) wird bei der nächsten Verarbeitung des Schritts S105 verwendet.
Als Nächstes wird der Ablauf der Berechnung des Ionenkonzentrationsungleichgewichts ΔCe in der Elektrodenebene unter Bezug auf das in 7 gezeigte Ablaufdiagramm beschrieben. Der in 7 gezeigte Ablauf wird jedes Mal durchgeführt wenn die Zykluszeit Δt verstrichen ist. Der in 7 gezeigte Ablauf wird von der Steuereinrichtung 300 durchgeführt.
Die Verarbeitung des Schritts S201 bis zu dem Schritt S203 ist identisch mit der in 6 gezeigten Verarbeitung des Schritts S101 bis zu dem Schritt S103. Im Schritt S204 berechnet die Steuereinrichtung 300 den Oberflächendruck P der Sekundärbatterie 1. Die Berechnung des Oberflächendrucks P wird wie oben beschrieben durchgeführt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Berechnung des Oberflächendrucks P durchgeführt unter Verwendung der bei der Verarbeitung der Schritte S201 und S203 erfassten Werte (Stromwert Ib und Batterietemperatur Tb) und des bei der Verarbeitung des Schritts S202 berechneten SOC. Alternativ dazu kann der Drucksensor zur Messung des Oberflächendrucks P verwendet werden. In diesem Fall kann auf die Verarbeitung des Schritts S201 verzichtet werden.
Im Schritt S205 spezifiziert die Steuereinrichtung 300 den Relaxationskoeffizienten α' basierend auf dem SOC und der Batterietemperatur Tb. Die Steuereinrichtung 300 kann das in dem Speicher 300a gespeichert Kennfeld verwenden, um den Relaxationskoeffizienten α' entsprechend dem SOC und der Batterietemperatur Tb zu spezifizieren. Als der SOC wird der bei der Verarbeitung des Schritts S202 berechnete Wert verwendet und als die Batterietemperatur Tb wird der bei der Verarbeitung des Schritts S203 erfasste Wert verwendet.
Im Schritt S206 spezifiziert die Steuereinrichtung 300 das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t) zum Zeitpunkt t (vorheriger Zeitpunkt). In der vorliegenden Ausführungsform wird jedes Mal, wenn die Zykluszeit Δt verstrichen ist, das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe berechnet und in dem Speicher 300a gespeichert. Dies ermöglicht der Steuereinrichtung 300 das Auslesen des Ionenkonzentrationsungleichgewichts ΔCe(t) zum Zeitpunkt t (vorheriger Zeitpunkt) aus dem Speicher 300a.
Im Schritt S207 berechnet die Steuereinrichtung 300 den Relaxationsterm ΔCe^relaxation. Im Speziellen kann die Steuereinrichtung 300 den Relaxationsterm ΔCe^relaxation basierend auf dem obigen Ausdruck (5) berechnen. In dem Ausdruck (5) wird als der Relaxationskoeffizient α' der bei der Verarbeitung des Schritts S205 spezifizierte Wert verwendet. In dem Ausdruck (5) wird als das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t) der bei der Verarbeitung des Schritts S206 spezifizierte Wert verwendet.
Im Schritt S208 spezifiziert die Steuereinrichtung 300 den Erzeugungskoeffizienten β'. Im Speziellen verwendet die Steuereinrichtung 300 das in dem Speicher 300a gespeicherte Kennfeld, um den Erzeugungskoeffizienten β' entsprechend dem SOC und der Batterietemperatur Tb zu spezifizieren. Als der SOC wird der bei der Verarbeitung des Schritts S202 berechnete Wert verwendet und als die Batterietemperatur Tb wird der bei der Verarbeitung des Schritts S203 erfasste Wert verwendet.
Im Schritt S209 berechnet die Steuereinrichtung 300 den Erzeugungsterm ΔCe^generation. Im Speziellen berechnet die Steuereinrichtung 300 den Erzeugungsterm ΔCe^generation basierend auf dem obigen Ausdruck (6). In dem Ausdruck (6) wird als der Oberflächendruck P der bei der Verarbeitung des Schritts S204 berechnete Wert verwendet. In dem Ausdruck (6) wird als das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t) der bei der Verarbeitung des Schritts S206 spezifizierte Wert verwendet. In dem Ausdruck (6) wird als der Erzeugungskoeffizient β der bei der Verarbeitung des Schritts S208 spezifizierte Wert verwendet.
Im Schritt S210 berechnet die Steuereinrichtung 300 das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t + Δt) zum vorliegenden Zeitpunkt. Im Speziellen kann die Steuereinrichtung 300 das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t + Δt) basierend auf dem obigen Ausdruck (4) berechnen. In dem Ausdruck (4) wird als das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t) der bei der Verarbeitung des Schritts S206 spezifizierte Wert verwendet. Als der Relaxationsterm ΔCe^relaxation wird der bei der Verarbeitung des Schritts S207 berechnete Wert verwendet. Als der Erzeugungsterm ΔCe^generation wird der bei der Verarbeitung des Schritts S209 berechnete Wert verwendet.
Im Schritt S211 speichert die Steuereinrichtung 300 das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t + Δt), das bei der Verarbeitung des Schritts S210 berechnet wurde, in dem Speicher 300a. Das in dem Speicher 300a gespeicherte Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t + Δt) wird bei der nächsten Verarbeitung zur Berechnung des Ionenkonzentrationsungleichgewichts ΔCe verwendet. Mit anderen Worten, das in dem Speicher 300a gespeicherte Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t + Δt) wird das nächste Mal bei der Verarbeitung des Schritts S206 verwendet.
Als Nächstes wird unter Bezug auf das in 8 gezeigte Ablaufdiagramm der Ablauf der Berechnung der mittleren Zwischenelektrodenionenkonzentration Ce_ave beschrieben. Der in 8 gezeigte Ablauf wird jedes Mal durchgeführt, wenn die Zykluszeit Δt verstrichen ist. Der in 8 gezeigte Ablauf wird von der Steuereinrichtung 300 durchgeführt.
Die Verarbeitung des Schritts S301 bis zu dem Schritt S304 ist identisch mit der in 7 gezeigten Verarbeitung des Schritts S201 bis zu dem Schritt S204. Im Schritt S305 berechnet die Steuereinrichtung 300 den Verringerungskoeffizienten α'' basierend auf dem SOC und der Batterietemperatur Tb.
Die Steuereinrichtung 300 kann das in dem Speicher 300a gespeichert Kennfeld verwenden, um den Verringerungskoeffizienten α'' entsprechend dem SOC und der Batterietemperatur Tb zu spezifizieren. Als der SOC wird der bei der Verarbeitung des Schritts S302 berechnete Wert verwendet. Als die Batterietemperatur Tb wird der bei der Verarbeitung des Schritts S303 erfasste Wert verwendet.
Im Schritt S306 spezifiziert die Steuereinrichtung 300 die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t) zum Zeitpunkt t (vorheriger Zeitpunkt). In der vorliegenden Ausführungsform wird jedes Mal, wenn die Zykluszeit Δt verstrichen ist, die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave berechnet und in dem Speicher 300a gespeichert. Dies ermöglicht der Steuereinrichtung 300, die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t) zum Zeitpunkt t (vorheriger Zeitpunkt) aus dem Speicher 300a auszulesen.
Im Schritt S307 berechnet die Steuereinrichtung 300 den Verringerungsterm ΔCe_ave ^relaxation. Im Speziellen kann die Steuereinrichtung 300 den Verringerungsterm ΔCe_ave ^relaxation basierend auf dem obigen Ausdruck (8) berechnet. In dem Ausdruck (8) wird als der Verringerungskoeffizient α'' der bei der Verarbeitung des Schritts S305 spezifizierte Wert verwendet. In dem Ausdruck (8) wird als die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t) der bei der Verarbeitung des Schritts S306 spezifizierte Wert verwendet.
Im Schritt S308 spezifiziert die Steuereinrichtung 300 den Erhöhungskoeffizienten β''. Im Speziellen verwendet die Steuereinrichtung 300 das in dem Speicher 300a gespeichert Kennfeld, um den Erhöhungskoeffizienten β'' entsprechend dem SOC und der Batterietemperatur Tb zu spezifizieren. Als der SOC wird der bei der Verarbeitung des Schritts S302 berechnete Wert verwendet und als die Batterietemperatur Tb wird der bei der Verarbeitung des Schritts S303 erfasste Wert verwendet.
Im Schritt S309 berechnet die Steuereinrichtung 300 den Erhöhungsterm Ce_ave ^generation. Im Speziellen berechnet die Steuereinrichtung 300 den Erhöhungsterm Ce_ave ^generation basierend auf dem obigen Ausdruck (9). In dem Ausdruck (9) wird als der Oberflächendruck P der bei der Verarbeitung des Schritts S304 berechnete Wert verwendet. In dem Ausdruck (9) wird als die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t) der bei der Verarbeitung des Schritts S306 spezifizierte Wert verwendet. In dem Ausdruck (9) wird als der Erhöhungskoeffizient β'' der bei der Verarbeitung des Schritts S308 spezifizierte Wert verwendet.
Im Schritt S310 berechnet die Steuereinrichtung 300 die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t + Δt) zum derzeitigen Zeitpunkt. Im Speziellen kann die Steuereinrichtung 300 die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t + Δt) basierend auf dem obigen Ausdruck (7) berechnen. In dem Ausdruck (7) wird als die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t) der bei der Verarbeitung des Schritts S306 spezifizierte Wert verwendet. Als der Verringerungsterm Ce_ave ^relaxation wird der bei der Verarbeitung des Schritts S307 berechnete Wert verwendet. Als der Erhöhungsterm Ce_ave ^generation wird der bei der Verarbeitung des Schritts S309 berechnete Wert verwendet.
Im Schritt S311 speichert die Steuereinrichtung 300 die bei der Verarbeitung des Schritts S310 berechnete mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t + Δt) in dem Speicher 300a. Die in dem Speicher 300a gespeicherte mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t + Δt) wird bei der nächsten Verarbeitung zur Berechnung der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave verwendet. Mit anderen Worten, die in dem Speicher 300a gespeicherte mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t + Δt) wird das nächste Mal bei der Verarbeitung des Schritts S306 verwendet.
Als Nächstes wird unter Bezug auf das in 9 gezeigte Ablaufdiagramm der Ablauf der Berechnung des Verschlechterungswerts D beschrieben. Der in 9 gezeigte Ablauf wird jedes Mal durchgeführt, wenn die Zykluszeit Δt verstrichen ist. Der in 9 gezeigte Ablauf wird durch die Steuereinrichtung 300 durchgeführt.
Im Schritt S401 berechnet die Steuereinrichtung 300 das Zwischenelektrodenionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t). Die Verarbeitung des Schritts S401 entspricht der in 6 gezeigten Verarbeitung. Im Schritt S402 berechnet die Steuereinrichtung 300 das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe(t) in der Elektrodenebene. Die Verarbeitung des Schritts S402 entspricht der in 7 gezeigten Verarbeitung.
Im Schritt S403 berechnet die Steuereinrichtung 300 die mittlere Zwischenelektrodenionenkonzentration Ce(t). Die Verarbeitung des Schritts S403 entspricht der in 8 gezeigten Verarbeitung. Im Schritt S404 berechnet die Steuereinrichtung 300 den Verschlechterungswert D(t) basierend auf den Ionenkonzentrationsungleichgewichten dCe(t) und ΔCe(t) und der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t), welche bei der Verarbeitung des Schritts S401 bis zu dem Schritt S403 berechnet werden. Im Speziellen berechnet die Steuereinrichtung 300 den Verschlechterungswert D(t) basierend auf dem obigen Ausdruck (13).
Nach der Berechnung des Verschlechterungswerts D(t) kann die Steuereinrichtung 300 den Input zu und den Output aus der Sekundärbatterie 1 basierend auf dem Verschlechterungswert D(t) steuern. Als Nächstes wird unter Bezug auf das in 10 gezeigte Ablaufdiagramm der Ablauf der Steuerung des Outputs der Sekundärbatterie 1 beschrieben. Der in 10 gezeigte Ablauf wird von der Steuereinrichtung 300 durchgeführt.
Im Schritt S501 berechnet die Steuereinrichtung 300 den Verschlechterungswert D(t) in der Sekundärbatterie 1 zum vorliegenden Zeitpunkt. Die Verarbeitung des Schritts S501 entspricht der in 9 gezeigten Verarbeitung. Im Schritt S502 spezifiziert die Steuereinrichtung 300 einen Grenzwert G_lim(t) zum vorliegenden Zeitpunkt t.
Es wird nun unter Bezug auf 11 der Grenzwert G_lim(t) beschrieben. Die in 11 gezeigte vertikale Achse bezeichnet den Verschlechterungswert D und die abgegebene elektrische Leistung der Sekundärbatterie 1. Die in 11 gezeigte horizontale Achse bezeichnet die Zeit. G_MAX bezeichnet den Maximalwert des Verschlechterungswerts D, der in der Sekundärbatterie 1 zulässig ist. Mit anderen Worten, der Verschlechterungswert G_MAX bezeichnet den Verschlechterungswert D, wenn der Innenwiderstand der Sekundärbatterie 1 auf dem maximal zulässigen Wert ist.
Das Laden und Entladen der Sekundärbatterie 1 kann derart gesteuert werden, dass der Verschlechterungswert D den Verschlechterungswert G_MAX erreicht, wenn die Sekundärbatterie 1 das Ende ihrer Lebensdauer erreicht. Die Lebensdauer der Sekundärbatterie 1 kann als eine Zeit t_MAX definiert werden. Die Zeit t_MAX bezeichnet die abgelaufene Zeit seit der ersten Verwendung der Sekundärbatterie 1. Die Sekundärbatterie 1 erreicht das Ende ihrer Lebensdauer, wenn die abgelaufene Zeit die Zeit t_MAX erreicht.
Der maximale Wert G(t) ist der maximal zulässige Wert des Verschlechterungswerts D zum Zeitpunkt t. Der maximale Wert G(t) wird bestimmt auf Basis des Verschlechterungswerts D_MAX und der Zeit t_MAX. In 11 wird der maximale Wert G(t) bestimmt aus einer geraden Linie (strichpunktierte Linie), welche einen Verschlechterungswert D zum Zeitpunkt null mit dem Verschlechterungswert G_MAX zum Zeitpunkt t_MAX verbindet. Entsprechend der in 11 gezeigten strichpunktierten Linie weisen der Zeitpunkt t und der maximale Wert G(t) eine proportionale Beziehung auf.
Obwohl der maximale Wert G(t) in der vorliegenden Ausführungsform anhand der in 11 gezeigten strichpunktierten Linie (gerade Linie) bestimmt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der durch die strichpunktierte Linie in 11 gezeigte Ort kann geeignet festgelegt werden unter Berücksichtigung des Verwendungszustands der Sekundärbatterie 1 und dergleichen. Im Speziellen kann die strichpunktierte Linie, welche den maximalen Wert G(t) spezifiziert, eine gebogene Linie anstelle der geraden Linie sein.
Der Grenzwert G_lim(t) ist ein Wert, der um eine vorbestimmte Menge ΔG geringer ist als der maximale Wert G(t). Der Output der Sekundärbatterie 1 kann unter Bezug auf den maximalen Wert G(t) gesteuert werden, jedoch kann in diesem Fall der Verschlechterungswert D(t) aufgrund einer verzögerten Steuerung oder dergleichen größer sein als der maximale Wert G(t). Um dies in der vorliegenden Ausführungsform zu berücksichtigen, wird der Output der Sekundärbatterie 1 unter Bezug auf den Grenzwert G_lim(t), welcher geringer ist als der maximale Wert G(t), gesteuert. Dies kann verhindern, dass der Verschlechterungswert D(t) den maximalen Wert G(t) erreicht, auch wenn der Verschlechterungswert D(t) größer ist der Grenzwert G_lim(t).
Die Differenz ΔG zwischen dem maximalen Wert G(t) und dem Grenzwert G_lim(t) kann geeignet festgelegt werden. Alternativ dazu kann der Output der Sekundärbatterie 1 unter Bezug auf den maximalen Wert G(t) gesteuert werden.
Wie oben beschrieben, wird der Grenzwert G_lim(t) basierend auf dem maximalen Wert G(t) voreingestellt. Die Information bezüglich des Grenzwerts G_lim(t) kann vorab im Speicher 300a gespeichert werden. Die Steuereinrichtung 300 kann den derzeitigen Zeitpunkt t messen und den Grenzwert G_lim(t) entsprechend der gemessenen Zeit t spezifizieren. Der derzeitige Zeitpunkt t ist die Zeit die seit der ersten Verwendung der Sekundärbatterie 1 verstrichen ist und kann mittels eines Zeitnehmers gemessen werden. Bei der Verarbeitung des Schritts S502 wird der Grenzwert G_lim(t) wie oben beschrieben spezifiziert.
Im Schritt S503 bestimmt die Steuereinrichtung 300, ob der bei der Verarbeitung des Schritts S501 berechnete Verschlechterungswert D(t) größer als der bei der Verarbeitung des Schritts S502 spezifizierte Grenzwert G_lim(t) ist oder nicht. Wenn der Verschlechterungswert D(t) größer als der Grenzwert G_lim(t) ist, führt die Steuereinrichtung 300 die Verarbeitung des Schritts S504 durch. Wenn der Verschlechterungswert D(t) kleiner als der Grenzwert G_lim(t) ist, führt die Steuereinrichtung 300 die Verarbeitung des Schritts S509 durch.
Wenn der Verschlechterungswert D(t) größer ist als der Grenzwert G_lim(t), bestimmt die Steuereinrichtung 300, dass es notwendig ist, den Output der Sekundärbatterie 1 zu beschränken (zu limitieren), und führt die Verarbeitung des Schritts S504 und der nachfolgenden Schritte durch. Die Beschränkung des Outputs der Sekundärbatterie 1 kann bewirken, dass der Verschlechterungswert D(t) unterhalb des Grenzwerts G_lim(t) fällt.
Die Beschränkung des Outputs der Sekundärbatterie 1 kann den Verschlechterungswert D(t) verringern. Wie oben beschrieben, wird der Verschlechterungswert D(t) auf Basis der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave und der Ionenkonzentrationsungleichgewichte dCe und ΔCe berechnet. Die Beschränkung des Outputs der Sekundärbatterie 1 kann eine Verringerung der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave verringern und kann die Ionenkonzentrationsungleichgewichte dCe und ΔCe verringern. Als Folge davon kann der Verschlechterungswert D(t) verringert werden.
Im Schritt S504 spezifiziert die Steuereinrichtung 300 den maximalen Wert G(t) zum derzeitigen Zeitpunkt t. Wie oben beschrieben, wird der maximale Wert G(t) auf Basis des Verschlechterungswerts G_MAX und der Zeit t_MAX voreingestellt. Die Information hinsichtlich des maximalen Werts G(t) kann vorab in dem Speicher 300a gespeichert werden. Mit anderen Worten, die Entsprechung zwischen der verstrichenen Zeit t seit der ersten Verwendung der Sekundärbatterie 1 und dem maximalen Wert G(t) kann in dem Speicher 300a gespeichert werden. Die Steuereinrichtung 300 kann die Zeit t bis zur Gegenwart messen und den maximalen Wert G(t) entsprechend der derzeitigen Zeit t spezifizieren.
Im Schritt S505 berechnet die Steuereinrichtung 300 eine maximale elektrische Ausgangsleistung W_out,max(t), die zum Zeitpunkt t zulässig ist. Die elektrische Ausgangsleistung W_out,max(t) wird basierend auf dem folgenden Ausdruck (16) berechnet: W_out,max(t) = W_out,MAX – W_limit (16) D(t) > G_limit(t)
In dem obigen Ausdruck (16) bezeichnet W_out,max einen maximalen Wert der elektrischen Leistung, der erhalten wird, wenn die Sekundärbatterie 1 entladen wird. Die elektrische Ausgangsleistung W_out,max wird basierend auf den Output-Charakteristiken der Sekundärbatterie 1 voreingestellt. Die Information betreffend die elektrische Ausgangsleistung W_out,max kann vorab in dem Speicher 300a gespeichert werden. W_limit bezeichnet eine elektrische Energiemenge, die verwendet wird, wenn der Output der Sekundärbatterie 1 beschränkt ist. Wie aus dem Ausdruck (16) offensichtlich ist, ist die elektrische Ausgangsleistung W_out,max(t) um die limitierende Menge an elektrischer Leistung W_limit geringer als die elektrische Ausgangsleistung W_out,max, wenn der Output der Sekundärbatterie 1 beschränkt ist.
Die limitierende Menge an elektrischer Leistung W_limit kann beispielsweise auf Basis des folgenden Ausdrucks (17) berechnet werden: W_limit(t) = k × (D(t) – G_limit(t)) (17) D(t) > G_limit(t)
In dem Ausdruck (17) bezeichnet D(t) den Verschlechterungswert zum Zeitpunkt t, bezeichnet G_limit(t) den Grenzwert (Verschlechterungswert) zum Zeitpunkt t, bezeichnet k einen Gewichtungsfaktor, der geeignet festgelegt sein kann. Der Gewichtungsfaktor k kann vorab in dem Speicher 300a gespeichert werden.
Gemäß dem Ausdruck (17) wird die limitierende Menge an elektrischer Leistung W_limit bestimmt gemäß dem Unterschied zwischen dem Grenzwert G_limit(t) und dem Verschlechterungswert D(t). Diese Bestimmung der limitierenden Menge an elektrischer Leistung W_limit kann den Unterschied zwischen dem Grenzwert G_limit(t) und dem Verschlechterungswert D(t) in die Verarbeitung der Beschränkung des Outputs der Sekundärbatterie 1 einbringen. Insbesondere wenn der Unterschied zwischen dem Verschlechterungswert D(t) und dem Grenzwert G_limit(t) erhöht ist, ist die limitierende Menge an elektrischer Leistung W_limit erhöht, um den Output der Sekundärbatterie 1 in größerem Maße zu beschränken. Mit anderen Worten, wenn der Unterschied zwischen dem Verschlechterungswert D(t) und dem Grenzwert G_limit(t) verringert ist, ist die limitierende Menge an elektrischer Leistung W_limit verringert, um den Output der Sekundärbatterie 1 in geringerem Maße zu beschränken.
Im Schritt S506 spezifiziert die Steuereinrichtung 300 eine für die Sekundärbatterie 1 erforderliche abgegebene elektrische Leistung W_out,max(t). Beispielsweise wird die erforderliche abgegebene elektrische Leistung W_out(t) erhöht, wenn das Gaspedal des Fahrzeugs stärker gedrückt wird. Im Schritt S507 bestimmt die Steuereinrichtung 300, ob die bei der Verarbeitung des Schritts S506 spezifizierte abgegebene elektrische Leistung W_out(t) höher als die bei der Verarbeitung des Schritts S505 berechnete abgegebene elektrische Leistung W_out,max(t) ist oder nicht.
Wenn die abgegebene elektrische Leistung W_out(t) höher ist als die abgegebene elektrische Leistung W_out,max(t), führt die Steuereinrichtung 300 die Verarbeitung des Schritts S508 aus. Wenn die abgegebene elektrische Leistung W_out(t) geringer ist als die abgegebene elektrische Leistung W_out,max(t), führt die Steuereinrichtung 300 die Verarbeitung des Schritts S509 aus. Im Schritt S508 setzt die Steuereinrichtung 300 die tatsächliche abgegebene elektrische Leistung W_out(t) der Sekundärbatterie 1 gleich der abgegebenen elektrischen Leistung W_out,max(t).
Wenn die Steuereinrichtung 300 von der Verarbeitung des Schritts S507 auf die Verarbeitung des Schritts S508 weitergeht, ist die geforderte abgegebene elektrische Leistung W_out(t) höher als die abgegebene elektrische Leistung W_out,max(t). Bei der Verarbeitung des Schritts S508 wird die tatsächliche abgegebene elektrische Leistung W_out(t) der Sekundärbatterie 1 gleich der abgegebenen elektrischen Leistung W_out,max(t) gesetzt, um zu bewirken, dass die tatsächliche abgegebene elektrische Leistung W_out(t) geringer ist als die geforderte abgegebene elektrische Leistung W_out,max(t). Mit anderen Worten, der Output der Sekundärbatterie 1 wird beschränkt.
Im Schritt S509 setzt die Steuereinrichtung 300 die geforderte abgegebene elektrische Leistung W_out(t) gleich der tatsächlichen abgegebenen elektrischen Leistung W_out(t) der Sekundärbatterie 1. Wenn die Steuereinrichtung 300 von der Verarbeitung des Schritts S507 zu der Verarbeitung des Schritts S509 übergeht, ist die geforderte abgegebene elektrische Leistung W_out(t) geringer als die abgegebene elektrische Leistung W_out,max(t). Die abgegebene elektrische Leistung W_out,max(t) ist die maximale abgegebene elektrische Leistung, die bestimmt wird unter Berücksichtigung des Verschlechterungswert D(t).
Wenn somit die geforderte abgegebene elektrische Leistung W_out(t) geringer ist als die abgegebene elektrische Leistung W_out,max(t), kann die geforderte abgegebene elektrische Leistung W_out(t) gleich der tatsächlichen abgegebenen elektrischen Leistung W_out(t) der Sekundärbatterie 1 gesetzt werden. Auf diese Weise wird der Output der Sekundärbatterie 1 bei der Verarbeitung des Schritts S509 nicht beschränkt.
Der Output der Sekundärbatterie 1 wird ebenfalls nicht beschränkt, wenn die Steuereinrichtung 300 von der Verarbeitung des Schritts S503 zu der Verarbeitung des Schritts S509 übergeht. Wenn die Steuereinrichtung 300 von der Verarbeitung des Schritts S503 zu der Verarbeitung des Schritts S509 übergeht, erreicht der Verschlechterungswert D(t) nicht den Grenzwert G_limit(t). In diesem Fall kann eine bestimmte Erhöhung des Verschlechterungswerts D(t) zulässig sein und ist die Beschränkung des Outputs der Sekundärbatterie 1 nicht erforderlich.
11 ist ein Diagramm (beispielhaft), welches eine Änderung des Verschlechterungswerts D(t) und eine Änderung der abgegebenen elektrischen Leistung W_out,max(t) zeigt, wenn der in 10 gezeigte Ablauf ausgeführt wird. Wenn der Verschlechterungswert D(t) größer ist als der Grenzwert G_limit(t), dann ist, wie in 11 gezeigt, die abgegebene elektrische Leistung W_out,max(t) geringer als die abgegebene elektrische Leistung W_out,MAX und ist der Output der Sekundärbatterie 1 beschränkt.
Wie oben beschrieben, kann die Beschränkung des Outputs der Sekundärbatterie 1 den Verschlechterungswert D(t) verringern. Wenn der Verschlechterungswert D(t) auf unterhalb des Grenzwerts G_limit(t) verringert ist, wird die Beschränkung des Outputs der Sekundärbatterie 1 aufgehoben, das heißt, die abgegebene elektrische Leistung W_out,max(t) wird gleich der abgegebenen elektrischen Leistung W_out,MAX gesetzt. Dies kann die Steuerung des Outputs der Sekundärbatterie 1 erreichen, während die Verschlechterung der Sekundärbatterie 1 überwacht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Verschlechterungswert D(t) spezifiziert werden auf Basis der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t. Wenn die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t) geändert wird, wird ebenfalls die Menge an Lithiumionen, die beim Laden und Entladen der Sekundärbatterie 1 beteiligt sind, geändert, um auf einfache Weise die Input/Output-Leistungsfähigkeit (mit anderen Worten, die Verschlechterung) der Sekundärbatterie 1 zu beeinflussen. Somit kann eine Spezifizierung des Verschlechterungswerts D(t) auf Basis der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t) eine eindeutige Kenntnis des Verschlechterungszustands der Sekundärbatterie 1 bereitstellen.
Wenn das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe oder das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe berücksichtigt wird, um zusätzlich zu der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t) den Verschlechterungswert D(t) zu spezifizieren, kann eine eindeutigere Kenntnis des Verschlechterungszustands der Sekundärbatterie 1 bereitgestellt werden. Mit anderen Worten, die Genauigkeit der Abschätzung des Verschlechterungszustands der Sekundärbatterie 1 kann verbessert werden.
Wenn sowohl das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe als auch das Ionenkonzentrationsungleichgewicht ΔCe beim Spezifizieren des Verschlechterungswerts D(t) berücksichtigt werden, zusätzlich zu der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t), kann eine noch deutlichere Kenntnis des Verschlechterungszustands der Sekundärbatterie 1 bereitgestellt werden. Mit anderen Worten, die Genauigkeit beim Abschätzen des Verschlechterungszustands der Sekundärbatterie 1 kann weiter erhöht werden.
Da die Genauigkeit beim Abschätzen des Verschlechterungszustands der Sekundärbatterie 1 erhöht werden kann, kann die Output-Steuerung entsprechend dem Verschlechterungszustand durchgeführt werden. Im Speziellen ist es möglich, eine übermäßige Beschränkung des Outputs der Sekundärbatterie 1 oder eine übermäßige Lockerung des Outputs der Sekundärbatterie 1 zu verhindern. Wenn die übermäßige Beschränkung des Outputs verhindert wird, kann die Output-Leistungsfähigkeit der Sekundärbatterie 1 verbessert werden. Wenn die übermäßige Lockerung des Outputs verhindert wird, kann eine extrem fortschreitende Verschlechterung der Sekundärbatterie 1 verhindert werden, so dass die Lebensdauer der Sekundärbatterie 1 verlängert ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Verschlechterungswert D(t) entlang des Grenzwerts G_limit(t) verändert werden. Dies ermöglicht es, dass die Sekundärbatterie 1 kontinuierlich bis zu dem Zeitpunkt t_MAX, wenn die Sekundärbatterie 1 das Lebensdauerende erreicht, verwendet wird.
Obwohl der in 10 gezeigte Ablauf eine Steuerung des Outputs der Sekundärbatterie 1 einschließt, die darauf basiert, ob der Verschlechterungswert D(t) oder der Grenzwert G_limit(t) höher ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Im Speziellen kann der Input der Sekundärbatterie 1 basierend darauf gesteuert werden, welcher Wert von dem Verschlechterungswert D(t) und dem Grenzwert G_limit(t) höher ist.
12 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Ablauf einer Steuerung des Inputs der Sekundärbatterie 1 zeigt. Der in 12 gezeigte Ablauf wird von der Steuereinrichtung 300 durchgeführt.
Die Verarbeitung des Schritts S601 bis zu dem Schritt S604 ist identisch mit der in 10 gezeigten Verarbeitung des Schritts S501 bis zu dem Schritt S504. Der Verschlechterungswert D(t) kann berechnet werden basierend auf den Ionenkonzentrationsungleichgewichten dCe, ΔCe und der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave, welche erhalten werden, wenn die Sekundärbatterie 1 vorzugsweise geladen wird. Der Verschlechterungswert D(t) kann berechnet werden basierend auf mindestens einem von den Ionenkonzentrationsungleichgewichten dCe, ΔCe und der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave.
Im Schritt S605 berechnet die Steuereinrichtung 300 eine maximale aufgenommene elektrische Leistung W_in,max(t), die zum Zeitpunkt t zulässig ist. Die aufgenommene elektrische Leistung W_in,max(t) wird berechnet auf Basis des folgenden Ausdrucks (18): W_in,max(t) = W_in,MAX – W_limit (18) D(t) > G_limit(t)
In dem obigen Ausdruck (18) bezeichnet W_in,max einen maximalen Wert der elektrischen Leistung, der erhalten wird, wenn die Sekundärbatterie 1 geladen wird. W_limit bezeichnet eine Menge an elektrischer Leistung, wenn der Input der Sekundärbatterie 1 beschränkt ist. Anhand des Ausdrucks (18) ist offensichtlich, dass, wenn der Input der Sekundärbatterie 1 beschränkt ist, die aufgenommene elektrische Leistung W_in,max(t) um die limitierende Menge an elektrischer Leistung W_limit geringer ist als die aufgenommene elektrische Leistung W_in,MAX. Die limitierende Menge an elektrischer Leistung W_limit kann bestimmt werden gemäß dem Unterschied zwischen dem Grenzwert G_limit(t) und dem Verschlechterungswert D(t), ähnlich zu dem Ausdruck (17).
Diese Bestimmung der limitierenden Menge an elektrischer Leistung W_limit kann den Unterschied zwischen dem Grenzwert G_lmit(t) und dem Verschlechterungswert D(t) in die Ablaufsteuerung bei der Beschränkung des Inputs der Sekundärbatterie 1 integrieren. Im Speziellen wird, wenn der Unterschied zwischen dem Verschlechterungswert D(t) und dem Grenzwert G_limit(t) erhöht ist, die limitierende Menge an elektrischer Leistung W_limit erhöht, um den Input der Sekundärbatterie 1 in stärkerem Maße zu beschränken. Wenn der Unterschied zwischen dem Verschlechterungswert D(t) und dem Grenzwert G_limit(t) erhöht ist, wird die limitierende Menge an elektrischer Energie W_limit verringert, um den Input der Sekundärbatterie 1 in geringerem Maße zu beschränken.
Im Schritt S606 spezifiziert die Steuereinrichtung 300 eine elektrische Leistung W_in(t) für einen Input in die Sekundärbatterie 1. Im Schritt S607 bestimmt die Steuereinrichtung 300, ob die bei der Verarbeitung des Schritts S606 spezifizierte aufgenommene elektrische Leistung W_in(t) höher ist als die aufgenommene elektrische Leistung W_in,max(t), die bei der Verarbeitung des Schritts S605 berechnet wurde.
Wenn die aufgenommene elektrische Leistung W_in(t) höher ist als die aufgenommene elektrische Leistung W_in,max(t), geht die Steuereinrichtung 300 zu der Verarbeitung des Schritts S608 über. Wenn die aufgenommene elektrische Leistung W_in(t) geringer ist als die aufgenommene elektrische Leistung W_in,max(t), geht die Steuereinrichtung 300 zu der Verarbeitung des Schritts S609 über. Im Schritt S608 setzt die Steuereinrichtung 300 eine tatsächliche aufgenommene elektrische Leistung W_in(t) der Sekundärbatterie 1 gleich der aufgenommenen elektrischen Leistung W_in,max(t).
Wenn die Steuereinrichtung 300 von der Verarbeitung des Schritts S607 zu der Verarbeitung des Schritts S608 übergeht, ist die aufgenommene elektrische Leistung W_in(t) höher als die maximal zulässige Aufnahme W_in,max(t). Bei der Verarbeitung des Schritts S608 wird die tatsächliche aufgenommene elektrische Leistung W_in(t) der Sekundärbatterie 1 gleich der aufgenommenen elektrischen Leistung W_in,max(t) gesetzt, um zu bewirken, dass die tatsächliche aufgenommene elektrische Leistung W_in(t) geringer ist als die aufzunehmende elektrische Leistung W_in(t). Mit anderen Worten, der Input der Sekundärbatterie 1 wird beschränkt.
Im Schritt S609 setzt die Steuereinrichtung 300 die aufzunehmende elektrische Leistung W_in(t) gleich der tatsächlichen aufgenommenen elektrischen Leistung W_in(t) der Sekundärbatterie 1. Wenn die Steuereinrichtung 300 von der Verarbeitung des Schritts S607 zu der Verarbeitung des Schritts S609 übergeht, ist die aufzunehmende elektrische Leistung W_in(t) geringer als die aufgenommene elektrische Leistung W_out,max(t). Die aufgenommene elektrische Leistung W_out,max(t) ist die maximale aufgenommene elektrische Leistung, die bestimmt wird unter Berücksichtigung des Verschlechterungswerts D(t).
Wenn die aufzunehmende elektrische Leistung W_in(t) geringer ist als die aufgenommene elektrische Leistung W_in,max(t), kann somit die aufzunehmende elektrische Leistung W_out(t) gleich der tatsächlichen aufgenommenen elektrischen Leistung W_out(t) der Sekundärbatterie 1 gesetzt werden. Auf diese Weise wird bei der Verarbeitung des Schritts S609 der Input der Sekundärbatterie 1 nicht beschränkt.
Der Input der Sekundärbatterie 1 wird ebenfalls nicht beschränkt, wenn die Steuereinrichtung 300 von der Verarbeitung des Schritts S603 zu der Verarbeitung des Schritts S609 übergeht. Wenn die Steuereinrichtung 300 von der Verarbeitung des Schritts S603 zu der Verarbeitung des Schritts S609 übergeht, erreicht der Verschlechterungswert D(t) nicht den Grenzwert G_limit(t). In diesem Fall kann eine gewisse Erhöhung des Verschlechterungswerts D(t) zulässig sein und ist eine Beschränkung des Inputs der Sekundärbatterie 1 nicht erforderlich.
13 ist ein Diagramm (beispielhaft), welches eine Änderung des Verschlechterungswerts D(t) und eine Änderung der aufgenommenen elektrischen Leistung W_in,max(t) zeigt, wenn der in 12 gezeigte Ablauf ausgeführt wird. Wie in 13 gezeigt ist, ist die aufgenommene elektrische Leistung W_in,max(t) geringer als die aufgenommene elektrische Leistung W_in,MAX und ist der Input der Sekundärbatterie 1 beschränkt, wenn der Verschlechterungswert D(t) größer ist als der Grenzwert G_limit(t).
Die Beschränkung des Inputs der Sekundärbatterie 1 kann den Verschlechterungswert D(t) verringern. Wie oben beschrieben, wird der Verschlechterungswert D(t) berechnet auf Basis der mittleren Ionenkonzentration Ce und der Ionenkonzentrationsungleichgewichte dCe und ΔCe. Die Beschränkung des Inputs der Sekundärbatterie 1 kann eine Änderung der mittleren Ionenkonzentration Ce verringern und kann die Ionenkonzentrationsungleichgewichte dCe und ΔCe verringern. Als Folge davon kann der Verschlechterungswert D(t) verringert werden.
Wenn der Verschlechterungswert D(t) auf unterhalb des Grenzwerts G_limit(t) verringert wird, wird die Beschränkung des Inputs der Sekundärbatterie 1 aufgehoben, das heißt, die aufgenommene elektrische Leistung W_in,max(t) wird gleich der aufgenommenen elektrischen Leistung W_in,MAX gesetzt. Damit kann die Steuerung des Inputs der Sekundärbatterie 1 erreicht werden, während die Verschlechterung der Sekundärbatterie 1 überwacht wird.
Der in 12 gezeigte Ablauf ermöglicht die Steuerung des Inputs der Sekundärbatterie 1, während eine deutliche Kenntnis des Verschlechterungszustands der Sekundärbatterie 1 bereitgestellt werden kann. Im Speziellen ist es möglich, eine übermäßige Beschränkung des Inputs zu vermeiden, um die Input-Leistungsfähigkeit der Sekundärbatterie 1 zu verbessern. Es ist darüber hinaus möglich, eine übermäßige Lockerung des Inputs zu vermeiden, um eine extrem fortschreitende Verschlechterung der Sekundärbatterie 1 zu vermeiden. Demgemäß kann die Lebensdauer der Sekundärbatterie 1 verlängert werden.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Nachfolgend wird die Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein später beschriebenes Batteriemodell verwendet, um den inneren Zustand und den SOC der Sekundärbatterie 1 abzuschätzen. In der vorliegenden Ausführungsform werden Komponenten, die mit den in der Ausführungsform 1 beschriebenen identisch sind, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet und wird auf deren ausführliche Beschreibung verzichtet.
Als Erstes wird das in der vorliegenden Ausführungsform verwendete Batteriemodell beschrieben. Ein Ausdruck für ein Batteriebasismodell wird dargestellt durch Basisgleichungen, welche die folgenden Ausdrücke (19) bis (29) einschließen. 14 zeigt eine Liste von Variablen und Konstanten, die in dem Ausdruck für ein Batteriemodell verwendet werden.
Bei den Variablen und Konstanten in dem nachfolgend beschriebenen Ausdruck für ein Modell bedeutet ein tiefgestelltes e einen Wert in einer Elektrolytlösung und bedeutet ein tiefgestelltes s einen Wert in einem aktiven Material. Ein tiefgestelltes j unterscheidet zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode, wobei j gleich 1 einen Wert in der positiven Elektrode bezeichnet und j gleich 2 einen Wert in der negativen Elektrode bezeichnet. Wenn die Variablen oder die Konstanten in der positiven Elektrode und der negativen Elektrode gemeinsam bezeichnet werden, wird das tiefgestellte j weggelassen. In der vorliegenden Beschreibung können die Bezeichnung (t), welche eine Funktion der der Zeit bezeichnet, die Bezeichnung (T), welche eine Batterietemperaturabhängigkeit bezeichnet, die Bezeichnung (θ), welche eine lokale SOCθ-Abhängigkeit bezeichnet, und dergleichen weggelassen werden. Ein an die Variablen oder Konstanten angehängtes Symbol # bezeichnet einen Durchschnittswert.
Die obigen Ausdrücke (19) und (20) bezeichnen eine elektrochemische Reaktion in der Elektrode (aktives Material) und werden Butler-Volmer-Gleichung genannt.
Der folgende Ausdruck (21) kann als ein Ausdruck in Bezug auf den Erhaltungssatz der Lithiumionenkonzentration innerhalb der Elektrolytlösung angesehen werden. Als Ausdrücke in Bezug auf den Erhaltungssatz der Lithiumionenkonzentration innerhalb des aktiven Materials werden die Diffusionsgleichung (22) und die in den Ausdrücken (23) und (24) gezeigten Grenzbedingungsausdrücke verwendet. Der Ausdruck (23) bezeichnet eine Grenzbedingung in der Mitte des aktiven Materials. Der Ausdruck (24) bezeichnet eine Grenzbedingung an der Grenzfläche zwischen dem aktiven Material und der Elektrolytlösung (nachfolgend der Einfachheit halber auch als Grenzfläche bezeichnet).
Ein lokaler SOCθ_j, der einer lokalen Lithiumkonzentrationsverteilung (Konzentrationsverteilung) an der Grenzfläche des aktiven Materials entspricht, wird durch den folgenden Ausdruck (25) definiert. In dem Ausdruck (25) bezeichnet c_sei die Lithiumkonzentration an der Grenzfläche des aktiven Materials in der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, wie in dem nachfolgenden Ausdruck (26) gezeigt, und bezeichnet c_sj,max die maximale Lithiumkonzentration innerhalb des aktiven Materials.
Der folgende Ausdruck (27) kann als ein Ausdruck in Bezug auf den Erhaltungssatz der Ladung innerhalb der Elektrolytlösung angesehen werden, und der folgende Ausdruck (28) kann als ein Ausdruck in Bezug auf den Erhaltungssatz der Ladung innerhalb des aktiven Materials angesehen werden. Der folgende Ausdruck (29), welcher die Beziehung zwischen einer Stromdichte I(t) und einer Reaktionsstromdichte J_j ^Li bezeichnet, kann als ein Ausdruck einer elektrochemischen Reaktion an der Grenzfläche des aktiven Materials angesehen werden.
Der durch die Basisgleichungen, welche die Ausdrücke (19) bis (29) einschließen, dargestellte Ausdruck für ein Batteriemodell kann wie nachfolgend beschrieben vereinfacht werden. Die Vereinfachung des Ausdrucks für ein Batteriemodell kann die Rechenlast verringern oder die Berechnungszeit verkürzen.
Es wird angenommen, dass in jeder von der negativen Elektrode 142 und der positiven Elektrode 141 eine gleichförmige elektrochemische Reaktion abläuft. Im Speziellen wird angenommen, dass in jeder der Elektroden 142 und 141 die Reaktion gleichförmig in der x-Richtung abläuft. Da darüber hinaus angenommen wird, dass die gleichförmigen Reaktionen in einer Vielzahl an in jeder der Elektroden 142 und 141 enthaltenen aktiven Materialien 142b und 141b ablaufen, werden die aktiven Materialien 142b und 141b in jeder der Elektroden 142 und 141 als einzelne Modelle für ein aktives Material behandelt. Somit kann der in 2 gezeigte Aufbau der Sekundärbatterie 1 modellhaft als der in 15 gezeigte Aufbau dargestellt werden.
In dem in 15 gezeigten Batteriemodell ist es möglich, eine Elektrodenreaktion auf der Oberfläche eines Modells für ein aktives Material 141b (j = 1) und eines Modells für ein aktives Material 142b (j = 2) modellhaft darzustellen. In dem in 15 gezeigten Batteriemodell ist es darüber hinaus möglich, die Diffusion von Lithium innerhalb der Modelle für ein aktives Material 141b und 142b (in Richtung des Durchmessers) und die Diffusion von Lithiumionen innerhalb der Elektrolytlösung (Konzentrationsverteilung) modellhaft darzustellen. Darüber hinaus kann an jedem Ort des in 15 gezeigten Batteriemodells eine Potenzialverteilung und Temperaturverteilung modellhaft dargestellt werden.
Wie in 16 aufgezeigt, kann eine Lithiumkonzentration c_s innerhalb jedes der Modelle für ein aktives Material 141b und 142b dargestellt werden als eine Funktion auf einer Koordinate r in Richtung eines Radius des Modells für ein aktives Material 141b und 142b (r bezeichnet einen Abstand vom Mittelpunkt des Modells für ein aktives Material, r_s bezeichnet den Radius des aktiven Materials). Es wird angenommen, dass eine Positionsabhängigkeit in Richtung des Kreisumfangs der Modelle für ein aktives Materiale 141b und 142b nicht vorhanden ist. Die in 16 gezeigten Modelle für ein aktives Material 141b und 142b werden verwendet, um ein Lithiumdiffusionsphänomen innerhalb des aktiven Materials in Zusammenhang mit der elektrochemischen Reaktion an der Grenzfläche abzuschätzen. Jedes der Modelle für ein aktives Material 141b und 142b ist in Richtung des Durchmessers in N unterteilt (N ist eine natürliche Zahl größer als 2), und für jeden der N Bereiche (k = 1 bis N) wird gemäß einer später beschriebenen Diffusionsgleichung eine Lithiumkonzentration c_s,k(t) abgeschätzt.
Gemäß dem in 15 gezeigten Batteriemodell können die Basisgleichungen (19) bis (24) und (26) dargestellt werden als die folgenden Ausdrücke (19') bis (24') und (26'):
In dem Ausdruck (21') wird angenommen, dass c_ej(t) einen konstanten Wert annimmt aufgrund der Annahme, dass die Elektrolytlösung eine über die Zeit konstante Lithiumkonzentration aufweist. Für die Modelle für ein aktives Material 141b und 142b werden die Diffusionsgleichungen (22) bis (24) im Hinblick auf lediglich die Verteilung in Richtung der Polarkoordinate in die Diffusionsgleichungen (22') bis (24') transformiert. In dem Ausdruck (26') entspricht die Lithiumkonzentration c_sej an der Grenzfläche des aktiven Materials der Lithiumkonzentration c_si(t) im äußersten Bereich der in 16 gezeigten N unterteilten Bereiche.
Der Ausdruck (27) betreffend den Erhaltungssatz der Ladung innerhalb der Elektrolytlösung ist unter Verwendung des Ausdrucks (21') zu dem nachfolgenden Ausdruck (30) vereinfacht. Somit wird das Potenzial φ_ej der Elektrolytlösung als eine quadratische Funktion von x approximiert. Das mittlere Potenzial φ_ej# innerhalb der Elektrolytlösung, welches zur Berechnung einer Überspannung η_j# verwendet wird, wird bestimmt aus dem folgenden Ausdruck (31), der durch ein Integrieren des Ausdrucks (30) mit einer Elektrodendicke L_j bereitgestellt wird.
Für die negative Elektrode 142 stellt der folgende Ausdruck (32) die Basis für den Ausdruck (30) dar. Somit wird ein Unterschied (ein Potenzialunterschied) zwischen einem mittleren Potenzial der Elektrolytlösung φ_e2# und einem Potenzial der Elektrolytlösung an der Grenze zwischen der negativen Elektrode 142 und dem Separator 143 durch den folgenden Ausdruck (33) dargestellt. Für die positive Elektrode 141 wird ein Unterschied (ein Potenzialunterschied) zwischen einem mittleren Potenzial der Elektrolytlösung φ_e1# und einem Potenzial der Elektrolytlösung an der Grenze zwischen der positiven Elektrode 141 und dem Separator 143 durch den folgenden Ausdruck (34) ausgedrückt:
Der Ausdruck (28), der den Erhaltungssatz der Ladung innerhalb des aktiven Materials betrifft, kann zu dem folgenden Ausdruck (35) vereinfacht werden. Somit wird das Potenzial φ_sj des aktiven Materials ebenfalls als eine quadratische Funktion von x approximiert. Das mittlere Potenzial φ_sj# innerhalb des aktiven Materials, das zur Berechnung der Überspannung η_j# verwendet wird, wird aus dem folgenden Ausdruck (36) bestimmt, der bereitgestellt wird durch Integrieren des Ausdrucks (35) mit der Elektrodendicke L_j. Für die positive Elektrode 141 wird ein Unterschied (ein Potenzialunterschied) zwischen einem mittleren Potenzial des aktiven Materials φ_s1# und einem Potenzial des aktiven Materials an der Grenze zwischen dem Modell für ein aktives Material 141b und einer Kollektorplatte 141a durch den folgenden Ausdruck (37) ausgedrückt. Gleichermaßen steht für die negative Elektrode 142 der Ausdruck (38):
17 zeigt das Verhältnis zwischen einer Klemmspannung V(t) der Sekundärbatterie 1 und jedem der wie oben beschrieben bestimmten durchschnittlichen Potenziale. Da in 17 in dem Separator 143 die Reaktionsstromdichte j_j ^Li null ist, ist ein Spannungsabfall im Separator 143 proportional zu der Stromdichte I(t) und wird ausgedrückt als L_s/K_s ^effI(t).
Da angenommen wird, dass die elektrochemische Reaktion in der Elektrode gleichförmig ist, steht der folgende Ausdruck (39) für die Beziehung zwischen der Stromdichte I(t) pro Einheitsfläche der Elektrodenplatte und der Reaktionsstromdichte (Lithiumerzeugungsmenge) J_j ^Li: I_(t) = –j Li / 1(θ₁, t)L₁ = j Li / 2(θ₂, t)L₂ (39)
Der folgende Ausdruck (40) steht für eine Batteriespannung V(t) basierend auf der in 17 gezeigten Potenzialbeziehung und dem obigen Ausdruck (39). Der folgende Ausdruck (40) basiert auf dem Ausdruck für eine Potenzialbeziehung des in 17 gezeigten folgenden Ausdrucks (41).
Als Nächstes wird eine durchschnittliche Überspannung η#(t) berechnet. Wenn in der Butler-Volmer-Gleichung j_j ^Li als konstant festgesetzt wird und α_aj und α_cj mit derselben Lade- und Entladeeffizienz auf 0,5 festgesetzt werden, dann wird der folgende Ausdruck (42) erhalten. Der folgende Ausdruck (42) wird invers transformiert, um die mittlere Überspannung η#(t) aus dem folgenden Ausdruck (43) zu bestimmen:
Die mittleren Potenziale φ_s1 und φ_s2 werden mit 17 bestimmt, und die bestimmten Werte werden in den obigen Ausdruck (40) eingesetzt. Die aus dem obigen Ausdruck (43) bestimmten mittleren Überspannungen η₁#(t) und η₂#(t) werden in den obigen Ausdruck (41) eingesetzt. Als ein Ergebnis wird basierend auf den obigen Ausdrücken (19'), (39) und dem obigen Ausdruck (20') ein Ausdruck für ein Modell einer Spannung-Strom-Beziehung (M1a) gemäß dem Ausdruck für ein Modell für eine elektrochemische Reaktion abgeleitet.
Aus dem obigen Ausdruck (22') wird entsprechend dem Erhaltungssatz der Lithiumkonzentration (Diffusionsgleichung) und den Grenzbedingungsausdrücken (23') und (24') ein Ausdruck für ein Diffusionsmodell für ein aktives Material (M2a) für die Modelle für ein aktives Material 141b und 142b berechnet:
Der erste Term auf der rechten Seite des Modellausdrucks (M1a) steht für eine Leerlaufspannung (OCV), die bestimmt wird durch die Konzentration des Reaktionsmaterials (Lithium) an der Oberfläche des aktiven Materials. Der zweite Term auf der rechten Seite steht für die Überspannung (η₁# – η₂#). Der dritte Term auf der rechten Seite steht für den Spannungsabfall, wenn der Strom durch die Sekundärbatterie 1 läuft. Somit wird der reine Gleichstromwiderstand der Sekundärbatterie 1 in dem obigen Ausdruck (M2a) dargestellt durch Rd(T).
In dem Ausdruck (M2a) weisen die Diffusionskoeffizienten D_s1 und D_s2, welche als Parameter zum Spezifizieren der Diffusionsgeschwindigkeit des Lithiums entsprechend dem Reaktionsmaterial verwendet werden, eine Temperaturabhängigkeit auf. Somit können die Diffusionskoeffizienten D_s1 und D_s2 beispielsweise unter Verwendung eines wie in 18 gezeigten Kennfelds festgesetzt werden. Das in 18 gezeigte Kennfeld kann vorab erhalten werden. In 18 steht eine Batterietemperatur Tb auf der horizontalen Achse für Temperaturen, die unter Verwendung eines Temperatursensors 203 erfasst werden. Wie in 18 gezeigt, verringern sich die Diffusionskoeffizienten D_s1 und D_s2, wenn die Batterietemperatur Tb abfällt. Mit anderen Worten, die Diffusionskoeffizienten D_s1 und D_s2 nehmen zu, wenn die Batterietemperatur Tb ansteigt.
Für die Diffusionskoeffizienten D_s1 und D_s2 kann zusätzlich zu der Abhängigkeit von der Batterietemperatur Tb eine Abhängigkeit von dem lokalen SOCθ in Betracht gezogen werden. In diesem Fall wird vorzugsweise vorab ein Kennfeld erzeugt, welches die Entsprechung zwischen der Batterietemperatur Tb, dem lokalen SOCθ und den Diffusionskoeffizienten D_s1 und D_s2 darstellt.
Wie in 19A gezeigt, verringert sich die in dem obigen Ausdruck (M1a) enthaltene Leerlaufspannung U1, wenn der lokale SOCθ zunimmt. Wie in 19B gezeigt, nimmt die Leerlaufspannung U2 zu, wenn der lokale SOCθ zunimmt. Wenn die in 19A und 19B gezeigten Kennfelder vorab erzeugt werden, können die Leerlaufspannungen U1 und U2 entsprechend dem lokalen SOCθ spezifiziert werden.
Die in dem obigen Ausdruck (M1a) enthaltenen Austauschstromdichten i₀₁ und i₀₂ weisen eine Abhängigkeit von dem lokalen SOCθ und der Batterietemperatur Tb auf. Wenn vorab ein Kennfeld erzeugt wird, welches die Entsprechung zwischen den Austauschstromdichten i₀₁ und i₀₂, dem lokalen SOCθ und der Batterietemperatur Tb darstellt, können die Austauschstromdichten i₀₁ und i₀₂ aus dem lokalen SOCθ und der Batterietemperatur Tb spezifiziert werden.
Der reine Gleichstromwiderstand Rd weist eine Abhängigkeit von der Temperatur Tb auf. Wenn vorab ein Kennfeld erzeugt wird, das die Entsprechung zwischen dem reinen Gleichstromwiderstand Rd und der Batterietemperatur Tb darstellt, kann der reine Gleichstromwiderstand Rd anhand der Batterietemperatur Tb spezifiziert werden. Die oben erwähnten Kennfelder können ausgebildet werden auf Basis der Ergebnisse von Experimenten wie gut bekannten Wechselstromimpedanzmessungen für die Sekundärbatterie 1.
Das in 15 gezeigte Batteriemodell kann weiter vereinfacht werden. Im Speziellen kann ein übliches Modell für ein aktives Material als die aktiven Materialien in den Elektroden 142 und 141 verwendet werden. Die in 15 gezeigten Modelle für ein aktives Material 141b und 142b können behandelt werden als das einzelne Modell für ein aktives Material, um den wie in dem folgenden Ausdruck (44) gezeigten Ersatz des Ausdrucks durchzuführen. In dem folgenden Ausdruck (44) wird das tiefgestellte j, welches eine Unterscheidung zwischen der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 anzeigt, weggelassen.
Die Ausdrücke für ein Modell (M1a) und (M2a) können durch die folgenden Ausdrücke (M1b) bzw. (M2b) dargestellt werden. Als ein Ausdruck für die Beziehung zwischen der Stromdichte I(t) und der Reaktionsstromdichte j_j ^Li wird für das Batteriemodell, welches das einzelne Modell für ein aktives Material verwendet, anstelle des obigen Ausdrucks (39) der folgende Ausdruck (39') verwendet:
Der arcsinh-Term in dem obigen Ausdruck (M1a) kann linear approximiert werden, um den folgenden Ausdruck (M1c) bereitzustellen. Die lineare Approximation kann die Rechenlast verringern und die Berechnungszeit verkürzen.
Als ein Ergebnis der linearen Approximation wird in dem obigen Ausdruck (M1c) der zweite Term auf der rechten Seite durch das Produkt der Stromdichte I(t) und eines Reaktionswiderstands Rr dargestellt. Wie in dem obigen Ausdruck (45) gezeigt, wird der Reaktionswiderstand Rr aus den Austauschstromdichten i₀₁ und i₀₂ berechnet, welche abhängig sind von dem lokalen SOCθ und der Batterietemperatur Tb. Wenn somit der obige Ausdruck (M1c) verwendet wird, kann vorab ein Kennfeld erzeugt werden, welches die Entsprechung zwischen dem lokalen SOCθ, der Batterietemperatur Tb und den Austauschstromdichten i_0i und i₀₂ darstellt. Gemäß dem obigen Ausdruck (M1c) und dem obigen Ausdruck (45) wird der obige Ausdruck (46) erhalten.
Ein dem zweiten Term auf der rechten Seite in dem obigen Ausdruck (M1b) entsprechender arcsinh-Term kann linear approximiert werden, um den folgenden Ausdruck (IM1d) bereitzustellen:
Als Nächstes wird eine Beschreibung des Aufbaus zum Abschätzen des Zustands der Sekundärbatterie 1 unter Verwendung der obigen Ausdrucks für ein Batteriemodell gegeben. 20 ist ein schematisches Diagramm, welches den inneren Aufbau einer Steuereinrichtung 300 zeigt. Ein Batteriezustandsabschätzabschnitt 310 umfasst einen Diffusionsabschätzabschnitt 311, einen Leerlaufspannungsabschätzabschnitt 312, einen Stromabschätzabschnitt 313, einen Parametereinstellabschnitt 314 und einen Grenzbedingungseinstellabschnitt 315. Bei dem in 20 gezeigten Aufbau verwendet der Batteriezustandsabschätzabschnitt 310 den obigen Ausdruck (M1d) und den obigen Ausdruck (M2d), um die Stromdichte I(t) zu berechnen.
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die Stromdichte I(t) unter Verwendung des obigen Ausdrucks (M1d) berechnet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Im Speziellen kann die Stromdichte I(t) berechnet werden auf Basis einer beliebigen Kombination von irgendeinem der obigen Ausdrücke (M1a) bis (M1d) mit dem obigen Ausdruck (M2a) oder (M2b).
Der Diffusionsabschätzabschnitt 311 verwendet den obigen Ausdruck (M2b) zur Berechnung der Lithiumkonzentrationsverteilung innerhalb des aktiven Materials basierend auf der Grenzbedingung, die in dem Grenzbedingungseinstellabschnitt 315 festgesetzt wird. Die Grenzbedingung wird festgesetzt auf Basis des obigen Ausdrucks (23') oder des obigen Ausdrucks (24'). Der Diffusionsabschätzabschnitt 311 verwendet den obigen Ausdruck (25) zur Berechnung des lokalen SOCθ basierend auf der berechneten Lithiumkonzentrationsverteilung. Der Diffusionsabschätzabschnitt 311 gibt die Information über den lokalen SOCθ an den Leerlaufspannungsabschätzabschnitt 312 aus.
Der Leerlaufspannungsabschätzabschnitt 312 spezifiziert die Leerlaufspannungen U1 und U2 der Elektroden 141 bzw. 142 basierend auf dem von dem Diffusionsabschätzabschnitt 311 berechneten lokalen SOCθ. Im Speziellen kann der Leerlaufspannungsabschätzabschnitt 312 die in 19A und 196 gezeigten Kennfelder verwenden, um die Leerlaufspannungen U1 und U2 zu spezifizieren. Der Leerlaufspannungsabschätzabschnitt 312 kann die Leerlaufspannung der Sekundärbatterie 1 basierend auf den Leerlaufspannungen U1 und U2 berechnen. Die Leerlaufspannung der Sekundärbatterie 1 wird bereitgestellt durch Subtrahieren der Leerlaufspannung U2 von der Leerlaufspannung U1.
Der Parametereinstellabschnitt 314 setzt die in dem Ausdruck für ein Batteriemodell verwendeten Parameter gemäß der Batterietemperatur Tb und dem lokalen SOCθ fest. Als die Batterietemperatur Tb wird die von dem Temperatursensor 203 erfasste Temperatur Tb verwendet. Der lokale SOCθ wird von dem Diffusionsabschätzabschnitt 311 erhalten. Die durch den Parametereinstellabschnitt 314 festgesetzten Parameter umfassen eine Diffusionskonstante D_s in dem obigen Ausdruck (M2b) und die Stromdichte i₀ und den Gleichspannungswiderstand Rd in dem obigen Ausdruck (M1f).
Der Stromabschätzabschnitt 313 verwendet den folgenden Ausdruck (M3a) zur Berechnung (Abschätzung) der Stromdichte I(t). Der folgende Ausdruck (M3a) wird bereitgestellt durch Transformieren des obigen Ausdrucks (M1d). In dem folgenden Ausdruck (M3a) entspricht eine Leerlaufspannung U(θ, t) einer Leerlaufspannung U(θ), welche in dem Leerlaufspannungsabschätzabschnitt 312 abgeschätzt wird. Eine Spannung V(t) entspricht der Batteriespannung Vb, die von einer Überwachungseinheit 201 erhalten wird. Rd(t) und i₀(θ, T, t) sind Werte, die in dem Parametereinstellabschnitt 314 festgesetzt werden.
Wenn irgendeiner der obigen Ausdrücke (M1a) bis (M1d) verwendet wird, kann die Stromdichte I(t) auch auf dieselbe Weise berechnet werden wie die oben für den Ausdruck (M3a) beschriebene.
Der Grenzbedingungseinstellabschnitt 315 verwendet den obigen Ausdruck (39) oder den obigen Ausdruck (39') zur Berechnung der Reaktionsstromdichte (Lithiumerzeugungsmenge) j_j ^Li aus der durch den Stromabschätzabschnitt 313 berechneten Stromdichte I(t). Der Grenzbedingungseinstellabschnitt 315 verwendet den obigen Ausdruck (24'), um die Grenzbedingung in dem obigen Ausdruck (M2b) upzudaten. Sobald die Grenzbedingung upgedated ist, kann die Lithiumkonzentrationsverteilung in dem Modell für ein aktives Material basierend auf den Ausdrücken (M2a) und (M2b) berechnet werden.
Sobald die Lithiumkonzentrationsverteilung in dem Modell für ein aktives Material berechnet ist, kann die mittlere Lithiumkonzentration c_save auf Basis des folgenden Ausdrucks (47) berechnet werden:
Die in dem Ausdruck (47) gezeigte Lithiumkonzentration c_sj,k(t) (k = 1 bis N) bezeichnet die Lithiumkonzentration in jedem der Abschnitte, die bereitgestellt werden durch das wie in 16 gezeigte Unterteilen der Modelle für ein aktives Material 141b und 142b in der Richtung des Durchmessers in N Abschnitte, und wird abgeschätzt durch die Ausdrücke für ein Diffusionsmodell (M2a) und (M2b). ΔVk bezeichnet das Volumen eines jeden der unterteilten Abschnitte, und V bezeichnet das Volumen des gesamten aktiven Materials. Wenn das für die positive Elektrode und die negative Elektrode gemeinsame Modell für ein aktives Material verwendet wird, kann der mittlere Wert des Lithiumkonzentration c_s,k(t) (k = 1 bis N) eines jeden Abschnitts in dem gemeinsamen Modell für ein aktives Material wie in dem Ausdruck (47) berechnet werden, um die mittlere Lithiumkonzentration C_save(t) zu bestimmen.
21 zeigt die Beziehung zwischen der mittleren Lithiumkonzentration c_save in dem aktiven Material der positiven Elektrode und dem SOCe. Wie in 21 gezeigt, verringert sich der SOC, wenn die mittlere Lithiumkonzentration c_save in dem aktiven Material der positiven Elektrode zunimmt. Mit anderen Worten, der SOC nimmt zu, wenn die mittlere Lithiumkonzentration c_save in dem aktiven Material der positiven Elektrode abnimmt. In diesem Fall kann vorab, wenn der SOC bei 100% ist, eine mittlere Lithiumkonzentration Cf, und wenn der SOC bei 0% ist, eine mittlere Lithiumkonzentration CO bestimmt werden.
Wie in 21 gezeigt, kann eine lineare Interpolation durchgeführt werden, um die Beziehung zwischen der mittleren Lithiumkonzentration c_save und dem SOCe zu spezifizieren. Wenn die mittlere Lithiumkonzentration c_save berechnet ist, kann der SOCe entsprechend der mittleren Lithiumkonzentration c_save mit der in 21 gezeigten Beziehung spezifiziert werden. Im Speziellen kann der SOCe der Sekundärbatterie 1 auf Basis des folgenden Ausdrucks (48) berechnet werden:
Die Sekundärbatterie 1 erfährt einen Spannungsabfall aufgrund einer Konzentrationsüberspannung. Die Konzentrationsüberspannung wird verursacht durch eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung (Konzentrationsgradient) in der zwischen der positiven Elektrode 141 und der negativen Elektrode 142 angeordneten Elektrolytlösung. Wenn der Spannungsabfall aufgrund der Konzentrationsüberspannung berücksichtigt wird, können die Ausdrücke (M1a) bis (M1d) ersetzt werden durch die folgenden Ausdrücke (M1a') bis (M1d'):
Der Ausdruck (M3a) kann ersetzt werden durch den folgenden Ausdruck (M3a'):
Die oben erwähne Konzentrationsüberspannung Δφ_e kann durch den folgenden Ausdruck (49) dargestellt werden:
Der Ausdruck (49) kann in den folgenden Ausdruck (50) transformiert werden. Von dem Ausdruck (50) kann der folgende Ausdruck (51) abgeleitet werden:
Von dem Ausdruck (51) kann der folgende Ausdruck (52) abgeleitet werden: Δϕ_e = –kΔInc_e (52) k = 2RT / F(t 0 / + – 1)
Der Ausdruck (52) kann wie gezeigt in den folgenden Ausdruck (53) transformiert werden:
Der Ausdruck (53) kann wie gezeigt durch lineare Approximation in den folgenden Ausdruck (54) transformiert werden:
Das in den Ausdrücken (53) und (54) gezeigte ΔCe entspricht dem in der Ausführungsform 1 beschriebenen Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t). Das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t) wird wie in Ausführungsform 1 beschrieben berechnet, und der Wert des Ionenkonzentrationsungleichgewichts dCe(t) kann dann in das in den Ausdrücken (53) und (54) gezeigte ΔCe eingesetzt werden.
Das in den Ausdrücken (53) und 54) gezeigte C_e entspricht der in der Ausführungsform 1 beschriebenen mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t). Die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t) wird wie in Ausführungsform 1 beschrieben berechnet, und der Wert der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t) kann dann in das in den Ausdrücken (53) und (54) gezeigte C_e eingesetzt werden. Auf diese Weise kann die Konzentrationsüberspannung Δφ_e auf Basis der Ausdrücke (53) und (54) berechnet werden.
Wie in der Ausführungsform 1 beschrieben, werden das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t) und die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t) einmal innerhalb der Zykluszeit Δt upgedated. Wenn die Konzentrationsüberspannung Δφ_e auf Basis des Ionenkonzentrationsungleichgewichts dCe(t) und der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t) berechnet wird, kann die Konzentrationsüberspannung Δφ_e in der Sekundärbatterie 1 zum derzeitigen Zeitpunkt genau abgeschätzt werden.
Da die Konzentrationsüberspannung Δφ_e genau abgeschätzt werden kann, können die Ausdrücke (M1a') bis (M1d') und (M3a') verwendet werden, um die Stromdichte I(t) unter Berücksichtigung der Konzentrationsüberspannung Δφ_e zu berechnen. Wie oben beschrieben, wird die Grenzbedingung in dem Ausdruck (M2b) für eine Berechnung der Lithiumkonzentrationsverteilung in dem Modell für ein aktives Material upgedated, um die Berechnung der mittleren Lithiumkonzentration c_save zu ermöglichen. Es kann dann der SOC der Sekundärbatterie 1 aus der mittleren Lithiumkonzentration c_save berechnet werden. Da der SOC der Sekundärbatterie 1 auf diese Weise berechnet wird, kann die genaue Abschätzung der Konzentrationsüberspannung Δφ_e auch die Abschätzungsgenauigkeit des SOC verbessern.
Als Nächstes wird unter Bezug auf das in 22 gezeigte Ablaufdiagramm der Ablauf der Berechnung des SOC der Sekundärbatterie 1 beschrieben. Der in 22 gezeigte Ablauf wird jedes Mal dann durchgeführt, wenn die Zykluszeit Δt verstrichen ist, und wird von der Steuereinrichtung 300 (welche den Batteriezustandsabschätzabschnitt 310 einschließt) durchgeführt.
Im Schritt S701 erfasst die Steuereinrichtung 300 (Batteriezustandsabschätzabschnitt 310) die Spannung (Batteriespannung) Vb der Sekundärbatterie 1 basierend auf dem Output der Überwachungseinheit 201. Im Schritt S702 erfasst die Steuereinrichtung 300 (Batteriezustandsabschätzabschnitt 310) die Temperatur (Batterietemperatur) Tb der Sekundärbatterie 1 basierend auf dem Output des Temperatursensors 203.
Im Schritt S703 berechnet die Steuereinrichtung 300 (Diffusionsabschätzabschnitt 311) den lokalen SOCθ basierend auf der Lithiumkonzentrationsverteilung in der vorherigen Berechnung mit dem obigen Ausdruck (M2b). Im Schritt S704 berechnet die Steuereinrichtung 300 (Leerlaufspannungsabschätzabschnitt 312) die Leerlaufspannung U(θ) aus dem bei der Verarbeitung des Schritts S703 berechneten SOCθ.
Im Schritt S705 berechnet die Steuereinrichtung 300 die Konzentrationsüberspannung Δφ_e basierend auf dem Ausdruck (53) oder dem Ausdruck (54). Zur Berechnung der Konzentrationsüberspannung Δφ_e werden das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t) und die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t) wie in der Ausführungsform 1 beschrieben vorab berechnet. Das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t) wird mittels der in 6 beschriebenen Verarbeitung berechnet. Die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t) wird mittels der in 8 beschriebenen Verarbeitung berechnet.
Im Schritt S706 berechnet (schätzt ab) die Steuereinrichtung 300 (Stromabschätzabschnitt 313) eine Stromdichte Im(t) mittels der obigen Ausdrücke (M1a') bis (M1d') und (M3a'). Die Stromdichte Im(t) wird beispielsweise berechnet durch Einsetzen der Batteriespannung Vb, der bei der Verarbeitung des Schritts S704 berechneten Leerlaufspannung U(θ), der bei der Verarbeitung des Schritts S705 berechneten Konzentrationsüberspannung Δφ_e und der in dem Parametereinstellabschnitt 314 festgesetzten Parameterwerte in den obigen Ausdruck (M3a').
Im Schritt S707 berechnet die Steuereinrichtung 300 (Grenzbedingungseinstellabschnitt 315) die Reaktionsstromdichte (Lithiumerzeugungsmenge) j_j ^Li aus der bei der Verarbeitung des Schritts S706 berechneten Stromdichte I(t). Die Steuereinrichtung 300 (Grenzbedingungseinstellabschnitt 315) verwendet die berechnete Reaktionsstromdichte auch zum Festsetzen der Grenzbedingung (Grenzfläche des aktiven Materials) an der Grenzfläche des aktiven Materials in dem obigen Ausdruck (M2b).
Im Schritt S708 verwendet die Steuereinrichtung 300 (Diffusionsabschätzabschnitt 311) den obigen Ausdruck (M2b) zur Berechnung der Lithiumkonzentrationsverteilung innerhalb des Modells für ein aktives Material und aktualisiert den abgeschätzten Wert der Lithiumkonzentration in jedem Abschnitt. Die Lithiumkonzentration (aktualisierter Wert) in dem äußersten der unterteilten Bereiche wird zur Berechnung des lokalen SOCθ bei der Verarbeitung des Schritts S703 zum nächsten Zeitpunkt verwendet, bei dem der in 22 gezeigte Ablauf durchgeführt wird.
Im Schritt S709 berechnet die Steuereinrichtung 300 die mittlere Lithiumkonzentration C_save innerhalb des aktiven Materials der positiven Elektrode. Wie oben beschrieben, wird die mittlere Lithiumkonzentration c_save aus der bei der Verarbeitung des Schritts S708 berechneten Lithiumkonzentrationsverteilung berechnet. Im Schritt S710 berechnet die Steuereinrichtung 300 den SOC der Sekundärbatterie 1. Im Speziellen verwendet die Steuereinrichtung 300 die in 21 gezeigte Entsprechung, um den SOCe entsprechend der bei der Verarbeitung des Schritts S709 berechneten mittleren Lithiumkonzentration c_save zu berechnen.
Obwohl der in 22 gezeigte Ablauf ein Berechnen des Ionenkonzentrationsungleichgewichts dCe(t) und der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t) jedes Mal wenn die Zykluszeit Δt verstrichen ist, beinhaltet, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Wie in der Ausführungsform 1 beschrieben, kann die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t) sich über einen längeren Zeitraum ändern als dies das Ionenkonzentrationsungleichgewicht dCe(t) tut.
In diesem Fall kann die mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t) in einem vorbestimmten Zeitraum, der länger als die Zykluszeit Δt ist, ein fester Wert sein. Im Speziellen kann die in dem vorbestimmten Zeitraum verwendete mittlere Ionenkonzentration Ce_ave(t) bereitgestellt werden durch Verwenden der mittleren Ionenkonzentration Ce_ave(t), die berechnet wird, unmittelbar bevor die Messung des vorbestimmten Zeitraums gestartet wird. Der vorbestimmte Zeitraum kann beispielsweise ein Zeitraum beginnend beim Start des Betriebs bis zum Ende des Betriebs des Fahrzeugs sein.

Claims

Batteriesystem umfassend: eine Sekundärbatterie (1), die aufgeladen und entladen werden kann, und eine Steuereinrichtung (300), die ausgelegt ist zum Abschätzen eines Verschlechterungszustands oder eines Ladezustands der Sekundärbatterie (1), wobei die Steuereinrichtung (300) den Verschlechterungszustand oder den Ladezustand auf Basis einer mittleren Ionenkonzentration (Ce_ave) zwischen einer positiven Elektrode (141) und einer negativen Elektrode (142) abschätzt, wobei die mittlere Ionenkonzentration (Ce_ave) entsprechend einem durch die Sekundärbatterie (1) fließenden Strom geändert wird.
Batteriesystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (300) ausgelegt ist, um: einen Oberflächendruck (P) der Sekundärbatterie (1) mittels eines Drucksensors zu erfassen, und die mittlere Ionenkonzentration (Ce_ave) mittels eines Rechenausdrucks, der den Oberflächendruck (P) als eine Variable enthält, zu berechnen.
Batteriesystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (300) ausgelegt ist, um: einen Oberflächendruck (P) der Sekundärbatterie (1) aus einem durch die Sekundärbatterie (1) fließenden elektrischen Strom (Ib) abzuschätzen, und die mittlere Ionenkonzentration (Ce_ave) mittels eines Rechenausdrucks, der den Oberflächendruck (P) als eine Variable enthält, zu berechnen.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (300) ausgelegt ist, um: ein Ionenkonzentrationsungleichgewicht (dCe) zwischen der positiven Elektrode (141) und der negativen Elektrode (142) zu berechnen, wobei das Ionenkonzentrationsungleichgewicht (dCe) entsprechend einem durch die Sekundärbatterie (1) fließenden elektrischen Strom (Ib) geändert wird, und den Verschlechterungszustand oder den Ladezustand basierend auf der mittleren Ionenkonzentration (Ce_ave) und des Ionenkonzentrationsungleichgewichts (dCe) abzuschätzen.
Batteriesystem nach Anspruch 4, das ferner einen Stromsensor (202) umfasst, der zum Erfassen des durch die Sekundärbatterie (1) fließenden elektrischen Stroms (Ib) ausgelegt ist, wobei die Steuereinrichtung (300) ausgelegt ist, um einen von dem Stromsensor (202) erfassten Wert in einen Rechenausdruck, der einen Stromwert (Ib) als eine Variable enthält, einzusetzen, um das Ionenkonzentrationsungleichgewicht (dCe) zu berechnen.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (300) ausgelegt ist, um: ein Ionenkonzentrationsungleichgewicht (ΔCe) in einer Ebene, in welcher die positiven Elektrode (141) und die negative Elektrode (142) einander gegenüberliegen, zu berechnen, wobei das Ionenkonzentrationsungleichgewicht (ΔCe) entsprechend einem durch die Sekundärbatterie (1) fließenden elektrischen Strom f(Ib) geändert wird, und den Verschlechterungszustand basierend auf der mittleren Ionenkonzentration (Ce_ave) und dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht (ΔCe) abzuschätzen.
Batteriesystem nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (300) ausgelegt ist, um: einen Oberflächendruck (P) der Sekundärbatterie (1) mittels eines Drucksensors zu erfassen, und das Ionenkonzentrationsungleichgewicht (ΔCe) mittels eines Rechenausdrucks, der den Oberflächendruck (P) als eine Variable enthält, zu berechnen.
Batteriesystem nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (300) ausgelegt ist, um: einen Oberflächendruck (P) der Sekundärbatterie (1) aus einem durch die Sekundärbatterie (1) fließenden elektrischen Strom (Ib) abzuschätzen, und das Ionenkonzentrationsungleichgewicht (ΔCe) mittels eines Rechenausdrucks, der den Oberflächendruck (P) als eine Variable enthält, zu berechnen.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (300) ausgelegt ist, um: ein erstes Ionenkonzentrationsungleichgewicht (dCe) zwischen der positiven Elektrode (141) und der negativen Elektrode (142) zu berechnen, wobei das erste Ionenkonzentrationsungleichgewicht (dCe) entsprechend einem durch die Sekundärbatterie (1) fließenden elektrischen Strom (Ib) geändert wird, ein zweites Ionenkonzentrationsungleichgewicht (ΔCe) in einer Ebene, in welcher die positive Elektrode (141) und die negative Elektrode (142) einander gegenüberliegen, zu berechnen, wobei das zweite Ionenkonzentrationsungleichgewicht (ΔCe) entsprechend einem durch die Sekundärbatterie (1) fließenden elektrischen Strom (Ib) geändert wird, und der Verschlechterungszustand basierend auf der mittleren Ionenkonzentration (Ce_ave), dem ersten Ionenkonzentrationsungleichgewicht (dCe) und dem zweiten Ionenkonzentrationsungleichgewicht (ΔCe) abzuschätzen.
Batteriesystem nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung (300) ausgelegt ist, um: einen Oberflächendruck (P) der Sekundärbatterie (1) mittels eines Drucksensors zu erfassen oder den Oberflächendruck (P) aus einem durch die Sekundärbatterie (1) fließenden elektrischen Strom (Ib) abzuschätzen, und das erste Ionenkonzentrationsungleichgewicht (dCe) und das zweite Ionenkonzentrationsungleichgewicht (ΔCe) mittels eines Rechenausdrucks, der den Oberflächendruck (P) als eine Variable enthält, zu berechnen.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Steuereinrichtung (300) ausgelegt ist, um einen Output von oder einen Input zu der Sekundärbatterie (1) zu limitieren, wenn der Verschlechterungszustand abgeschätzt ist und ein Parameter (D), welcher den abgeschätzten Verschlechterungszustand spezifiziert, größer als ein Grenzwert (G_lim) ist.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (300) ausgelegt ist, um: eine mittlere Ionenkonzentration (Ce_ave) in dem aktiven Material (141b, 142b) basierend auf einer Ionenkonzentrationsverteilung in einem aktiven Material (141b, 142b) der Sekundärbatterie (1) zu berechnen, und einen Ladezustand entsprechend der berechneten mittleren Ionenkonzentration (Ce_ave) in dem aktiven Material (141b, 142b) zu bestimmen unter Verwendung einer Entsprechung zwischen der mittleren Ionenkonzentration (Ce_ave) in dem aktiven Material (141b, 142b) und einem Ladezustand.
Batteriesystem nach Anspruch 12, welches ferner einen Spannungssensor (201) umfasst, der ausgelegt ist zum Erfassen einer Spannung (Vb) der Sekundärbatterie (1), wobei die Steuereinrichtung (300) ausgelegt ist, um: die Ionenkonzentrationsverteilung in dem aktiven Material (141b, 142b) mittels einer Diffusionsgleichung zu berechnen, wobei eine Grenzbedingung an einer Grenzfläche des aktiven Materials (141b, 142b) in der Diffusionsgleichung festgesetzt ist, die Grenzbedingung in einem Ausdruck für ein Batteriemodell festzusetzen auf Basis einer Stromdichte (I(t)), welche aus einem von dem Stromsensor (201) erfassten Wert (Vb) und einer Konzentrationsüberspannung (Δφ_e) berechnet wird, und die Konzentrationsüberspannung (Δφ_e) basierend auf der mittleren Ionenkonzentration (Ce_ave) zwischen der positiven Elektrode (141) und der negativen Elektrode (142) und dem Ionenkonzentrationsungleichgewicht (dCe) zwischen der positiven Elektrode (141) und der negativen Elektrode (142) zu berechnen.