DE112014001917T5

DE112014001917T5 - Vorrichtung zur Bestimmung eines Batteriezustandes

Info

Publication number: DE112014001917T5
Application number: DE112014001917.8T
Authority: DE
Inventors: Koichi Ichikawa; Yasuhiro Takahashi; Daisuke Koba; Sachio Takeda; Masahiko Mitsui
Original assignee: Toyota Motor Corp; Primearth EV Energy Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Primearth EV Energy Co Ltd
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: CN105190330B; US9880225B2; WO2014167936A1; US20160054389A1; CN105190330A; JP2014206441A; DE112014001917B4; JP5744956B2

Abstract

Diese Vorrichtung (10) zur Feststellung des Batteriezustands (10) umfasst: eine Spannungsdetektionseinheit (13), die die Spannung (V) einer zu untersuchenden wiederaufladbaren Batterie (M) detektiert; eine Stromfeststellungseinheit (12), die den Strom der wiederaufladbaren Batterie (M) detektiert; eine Ladungszustandfeststellungseinheit (11), die den Ladungszustand (SoC) der wiederaufladbaren Batterie (M) detektiert; und eine Feststellungseinheit (11), derart ausgestaltet, um die absoluten Werte des Spannungsgradienten (G) zu kalkulieren, der den Wechsel in der Spannung angibt in Bezug zu dem Entladungsbetrag (Ah), wenn der Ladezustand (SoC) der wiederaufladbaren Batterie (M) kleiner als 40% ist, Vergleichen der absoluten Werte des Spannungsgradienten (G) zu einem vorbestimmten oberen Grenzwert (Gmax) und wenn der absolute Wert des Spannungsgradienten (G) größer ist als der obere Grenzwert (Gmax), Bestimmen, dass ein kleiner Kurzschluss in der wiederaufladbaren Batterie (M) erfolgt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Batteriezustandes, welche feststellt, ob ein Mikrokurzschluss in einer wiederaufladbaren Batterie vorgekommen ist.
Um Abweichungen wie beispielsweise Verschlechterungen der wiederaufladbaren Batterie zu erfassen, bestimmen herkömmliche Methoden, ob Unregelmäßigkeiten existieren basierend auf Spannungsänderungen während des Ladens und Entladens. Diese Methode erlaubt, den Zustand der Batterie zu bewerten ohne die Batterie zu zerstören. Daher kann die wiederaufladbare Batterie nochmals benutzt werden, wenn sie als regulär erfasst wurden.
Als eine Methode zur Erfassung von Abweichungen basierend auf Spannungen von wiederaufladbaren Batterien offenbart Dokument 1 ( JP 11-144769 ) ein Verfahren zum Vergleichen von Batteriespannungen mit einem vorgegebenen Wert, wenn die Entladungstiefe einer eingebauten Batterie 0% bis 60% beträgt. Es ist die Aufgabe des Verfahrens, Unregelmäßigkeiten, wie Abnahme der Flüssigkeit in der Batterie, zu erkennen. Das Verfahren bestimmt die Spannung für jeden Block der eingebauten Batterie, wenn die Entladungstiefe für die eingebauten Batterien 0% bis 60% beträgt. Wenn die Spannung kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert ist, kann festgestellt werden, dass eine Unregelmäßigkeit vorliegt. Die Spannung zur Bestimmung wird ermittelt, wenn die Tiefe der Entladung 0% bis 60% ist, das heißt wenn der Ladezustand 40% bis 100% entspricht. Daher wird die Spannung im letzten Schritt des Entladens sogar in einer normalen Batterie kleiner. Daher sind funktionsfähige Produkte von nicht funktionsfähigen Produkten schwierig zu unterscheiden, wenn lediglich auf die Spannung Bezug genommen wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch durch Experimente gelernt, dass die Bestimmungsgenauigkeit abnimmt, wenn beim Untersuchen von wiederaufladbaren Batterien mit Mikrokurzschluss lediglich basierend auf der Spannungsmessung die Entladungstiefe 0% bis 60% entspricht. Zum Beispiel, wenn durch das vorliegende Verfahren festgestellt wurde, dass die Spannung einer wiederaufladbaren Batterie einen normalen Wert anzeigt, könnte ein anderer Test darauf hinweisen, dass ein Mikrokurzschluss in der wiederaufladbaren Batterie vorliegt. Daher besteht eine Nachfrage nach einem Verfahren, das das Auftreten eines Mikrokurzschlusses in wiederaufladbaren Batterien bestimmt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bestimmungsgenauigkeit einer Vorrichtung zur Bestimmung des Batteriezustandes zu verbessern, die bestimmt, ob ein Mikrokurzschluss vorliegt.
Ein Aspekt der Vorrichtung zur Bestimmung des Batteriezustandes gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Spannungsdetektor, der die Spannungswerte einer wiederaufladbaren Batterie bestimmt, der Gegenstand der Bestimmung ist, einen Stromdetektor, der den Stromzustand der wiederaufladbaren Batterie detektiert, einen Ladungszustandsdetektor, der den Ladungszustand der wiederaufladbaren Batterie detektiert und eine Feststellungseinheit, die derart ausgebildet ist, den absoluten Wert des Spannungsgradienten zu kalkulieren, der die Spannungsänderung relativ zur Entladung anzeigt, wenn ein Ladungszustand der wiederaufladbaren Batterie kleiner als 40% ist, den absoluten Wert des Spannungsgradienten mit einem vorbestimmten oberen Grenzwert vergleicht und bestimmt, dass ein Mikrokurzschluss in der wiederaufladbaren Batterie vorliegt, wenn der absolute Wert des Spannungsgradienten größer ist als der obere Grenzwert.
1 schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des Batteriezustandes gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 ein Graph, der die Spannungsänderung relativ zum Entladungsgehalt eines mangelfreien Batteriemoduls zeigt,
3 ein Graph, der die Spannungsänderung relativ zum Entladungsgehalt eines mangelhaften Batteriemoduls zeigt,
4 Verteilungsdiagramm über die Relation der Verteilung und des Spannungsgradienten von funktionsfähigen und nicht funktionsfähigen Produkten, die für die Bestimmung der ersten Ausführungsform eingesetzt werden,
5 ein Graph, der eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung und eines Verfahrens zeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung den Batteriezustand bestimmt und der die Spannungsänderung relativ zum Entladungsgehalt eines mangelhaften Batteriemoduls zeigt.
Eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bestimmung des Batteriezustandes wird nunmehr beschrieben. Die Vorrichtung und das Verfahren bestimmen, ob eine wiederaufladbare Batterie wie eine Lithiumbatterie oder eine Nickel-Metallhydrid-Batterie sich in einem Zustand befindet, in welcher ein Mikrokurzschluss stattgefunden hat (Mikrokurzschlusszustand). Ein Mikrokurzschluss ist dadurch bedingt, dass zum Beispiel feinkörnige Ablagerungen oder mikroskopische Fremdkörper in die Batterie eindringen. Ein Mikrokurzschluss würde nicht sofort den Gebrauch der Batterie verhindern. Wenn ein Mikrostrom durch die Position fließt, die ein Kurzschluss wegen eines Mikrokurzschlusses darstellt, könnte die Stelle des Kurzschlusses sofort verbrennen. Weiterhin könnte ein Mikrokurzschluss die Batteriekapazität verringern oder zu einem internen Kurzschluss führen.
Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes 10 eine Steuerung 11, einen Strombestimmungskreislauf 12 und einen Spannungsbestimmungskreislauf 13. Der Strombestimmungskreislauf 12 misst den Wert des Stroms, der durch den Bestimmungswiderstand 12a fließt, der in Serie geschaltet ist mit dem Batteriemodul M und den Stromwert zur Steuerung 11 ausleitet. Der Spannungsbestimmungskreislauf 13 misst die Spannung über die beiden Enden des Batteriemoduls M und leitet die Spannungswerte zur Steuerung 11 aus.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Batteriemodul M eine Vielzahl an Batteriezellen. Eine Vielzahl an Batteriemodulen M ist zu einem Batteriestapel kombiniert. Der Batteriestapel, ein ECU und dergleichen, formen ein Batteriepack, das zum Beispiel in ein Fahrzeug eingebaut ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verbindet die Steuerung 11 das Batteriemodul M zu einer Ladestation (nicht gezeigt), wenn der SoC „0“ ist (nicht geladener Zustand).
Die Steuerung 11 umfasst zum Beispiel eine CPU, ein RAM und ein ROM. Die Steuerung 11 leitet die Feststellungsergebnisse zu einer Ausgangseinheit 14, die ein Display, einen Drucker oder dergleichen aufweist. Weiterhin kumuliert die Steuerung 11 die ausgeleiteten Stromwerte vom Strombestimmungskreislauf 12, um den Ladungszustand (SoC) des Batteriemoduls M zu erhalten. Wenn der SoC des Batteriemoduls M einen vorbestimmten Wert erreicht, der geringer als 40% ist, löst die Steuerung 11 das Batteriemodul M vom Ladegerät, um die Ladung zu unterbinden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der vorbestimmte Wert des SoC auf 10% gesetzt.
Wenn das Batteriemodul M vom Ladegerät getrennt ist, kalkuliert die Steuerung 11 einen Entladungsbetrag basierend auf dem Stromwert, der aus dem Strombestimmungskreislauf 12 ausgeleitet wird. Die Steuerung 11 assoziiert den ausgeleiteten Spannungswert des Spannungsbestimmungskreislaufes 13 mit dem Entladungswert und speichert den Spannungswert in einem Speicher (nicht gezeigt). Die Steuerung 11 erhält einen Entladungswert und einen Spannungsänderungswert, wenn der SoC 10% beträgt bis wenn der SoC 0% wird, das heißt, bevor der SoC eine Entladungsabschaltspannung erreicht. Ferner erhält die Steuerung 11 einen Spannungsgradienten G (V/Ah), der die Spannungsänderungshöhe relativ zum Entladungswert anzeigt. Der erhaltende Spannungsgradient G hat einen negativen Wert.
2 zeigt einen Graph, der eine Entladungskurve eines funktionsfähigen Batteriemoduls M darstellt, das sich nicht in einem Mikrokurzschlusszustand befindet. In 2 zeigt die horizontale Achse die Höhe der Entladung (Ah) und die vertikale Achse die Spannung (V). Ferner ist die Kurve, die in dem Graph dargestellt ist, aufgetragen in dem Zustand, wenn der SoC 100% ist, bis zu dem Zustand, wenn der SoC als Ergebnis der Entladung auf 0% gefallen ist. Wenn das Batteriemodul M entladen wird, sinkt die Batteriespannung schrittweise. Wenn der SoC 10% beträgt, steigt und ändert sich der Wert (absoluter Wert) des Spannungsgradienten G. Wenn der SoC 10% erreicht, wird der Spannungsgradient im Wesentlichen konstant.
3 zeigt einen Graph einer Entladungskurve eines Batteriemoduls M in einem Mikrokurzschlusszustand. Die Kurve ist aufgetragen, wenn der SoC 100% ist, bis wenn der SoC als Ergebnis einer Entladung auf 0% fällt. Wenn das Batteriemodul M sich entlädt, sinkt die Batteriespannung schnell ab. Der absolute Wert des Spannungsgradienten G ist in diesem Fall größer als der eines funktionsfähigen Batteriemoduls M. Wenn der SoC 10% erreicht, ist der Spannungsgradient G im Wesentlichen konstant. Der absolute Wert des Spannungsgradienten G ist jedoch viel größer als der eines funktionsfähigen Produktes.
4 ist ein Verteilungsdiagramm, das die Korrelation des Spannungsgradienten G und des Mikrokurzschlusszustandes zeigt, wenn der SoC größer oder gleich 0 ist und kleiner oder gleich 10%. In 4 sind viele Hundert Batteriemodule M Gegenstand der Feststellung. Die horizontale Achse zeigt die absoluten Werte des Spannungsgradienten G und die vertikale Achse zeigt die Menge an Batteriemodulen M. In dem Verteilungsdiagramm sind funktionsfähige Produkte in der Region verteilt, in der der absolute Wert des Spannungsgradienten kleiner als 30 V/Ah ist, und nicht funktionsfähige Produkte sind verteilt in einer Region, in der der absolute Wert des Spannungsgradienten größer oder gleich 30 V/Ah ist. Die Grenze zwischen funktionsfähigen Produkten und nicht funktionsfähigen Produkten, bei der 30 V/Ah ist, ist als oberster Grenzwert G_max (> 0) für den absoluten Wert des Spannungsgradienten G gesetzt. Wenn das Verteilungsdiagramm keine klare Grenze zwischen den funktionsfähigen und nicht funktionsfähigen Produkten zeigt und eine Region umfasst, in der funktionsfähige mit nicht funktionsfähigen Produkten vermischt sind, ist der obere Grenzwert G_max auf einen Grenzwert der gemischten Region gesetzt oder auf einen Wert, bei welchem die Anzahl von funktionsfähigen Produkten größer ist als die Anzahl von nicht funktionsfähigen Produkten in der gemischten Region.
Die Steuerung 11 speichert im Vorhinein die oberen Grenzwerte G_max für die Batteriemodule M, welche Gegenstand der Feststellung sind, in einem Speicher (nicht gezeigt). Die Steuerung 11 kalkuliert den Spannungsgradienten G eines zu bestimmenden Objektes und vergleicht die absoluten Werte des Spannungsgradienten G mit dem vorbestimmten oberen Grenzwert G_max. Wenn die absoluten Werte des Spannungsgradienten G kleiner sind als der obere Grenzwert G_max, stellt die Steuerung 11 fest, dass das Batteriemodul M als Gegenstand der Feststellung ein funktionsfähiges Produkt ist. Wenn der absolute Wert des Spannungsgradienten G größer oder gleich dem oberen Grenzwert G_max ist, stellt die Steuerung 11 fest, dass das Batteriemodul M ein nicht funktionsfähiges Produkt ist.
Das Verfahren zur Feststellung eines Mikrokurzschlusszustandes im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nunmehr beschrieben.
Erstens ist das Batteriemodul M als Gegenstand der Feststellung verbunden mit der Vorrichtung 10 zur Feststellung des Batteriezustandes. Das verbundene Batteriemodul M ist zum Beispiel ein Batteriemodul M, das nicht dem ursprünglichen Laden, sondern der Alterung unterliegt. Daher ist der SoC des Batteriemoduls M zu diesem Zeitpunkt „0“.
Nachfolgend verbindet die Steuerung 11 das Batteriemodul M und das Ladegerät, um das Batteriemodul M bis zu einem vorbestimmten Wert (SoC 10%) zu laden. Während des Ladens kalkuliert die Steuerung 11 den SoC durch Kumulieren des Stromwertausgangs vom Strombestimmungskreislauf 12. Wenn die kumulierten Werte 10% erreichen, ist ein Schalter oder Ähnliches, der das Batteriemodul M und das Ladegerät verbindet, ausgeschaltet und unterbricht die Verbindung zwischen Batteriemodul M und Ladegerät.
Wenn die Versorgung von Strom durch das Ladegerät zum Batteriemodul M gestoppt ist, wird das Batteriemodul M entladen. Dies führt zu einer Verringerung der Batteriespannung. Die Steuerung 11 kalkuliert den SoC des Batteriemoduls M basierend auf den Ausgabewerten des Strombestimmungskreislaufes 12 und kalkuliert die Entladungsgröße, bis der SoC auf 0% sinkt. Ferner kalkuliert die Steuerung 11 die Spannung des Batteriemoduls M basierend auf den Ausgabewerten vom Spannungsbestimmungskreislauf 13 und speichert die Spannung in Verbindung mit den Entladungswerten.
Wenn der SoC auf 0% sinkt, erreicht die Steuerung 11 den absoluten Wert des Spannungsgradienten G (V/Ah), welcher die Spannungsänderungsanzahl relativ zur Entladungsanzahl ist, von der Spannungsänderungsanzahl und der Entladungsanzahl des SoC von 10% bis 0%. In dieser Kalkulation kann der Spannungsgradient G von zwei Punkten des Wertes erreicht werden, wenn der SoC 10% ist und der Wert des SoC 0% sind. Alternativ kann der Spannungsgradient G von den Werten von drei oder mehr Punkten kalkuliert werden. Nachfolgend liest die Steuerung 11 den oberen Grenzwert G_max aus dem Speicher und vergleicht den Ausgabewert des erreichten Spannungsgradienten mit dem oberen Grenzwert G_max. Wenn der absolute Wert des Spannungsgradienten G kleiner ist als der obere Grenzwert G_max, bestimmt die Steuerung 11, dass das Batteriemodul M ein funktionsfähiges Produkt ist. Wenn der absolute Wert des Spannungsgradienten G größer oder gleich ist zu dem oberen Grenzwert G_max, bestimmt die Steuerung 11, dass das Batteriemodul M sich in einem Mikrokurzschlusszustand befindet (nicht funktionsfähiges Produkt).
Wie oben beschrieben hat die erste Ausführungsform die nachfolgenden Vorteile.
Im ersten Ausführungsbeispiel, wenn ein Mikrokurzschlusszustand untersucht wird, lädt die Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes 10 das Batteriemodul M bis zu einem Ladungszustand von 10% oder weniger und benutzt die absoluten Werte der Spannungsgradienten G als Parameter für die Feststellung anstatt der Spannung. Im Batteriemodul M, das sich in einem Mikrokurzschlusszustand befindet, ist der absolute Wert des Spannungsgradienten in einer Region, in der der Ladungszustand kleiner als 40% ist, größer als der absolute Wert des Spannungsgradienten in einem funktionsfähigen Batteriemodul M. Insbesondere wenn der SoC größer oder gleich 0% ist und kleiner oder gleich 10%, würde eine Batterie mit einem Mikrokurzschluss eine signifikante Anomalität im Spannungsgradient G haben und der absolute Wert des Spannungsgradienten G wäre im Wesentlichen konstant. Daher kann der obere Grenzwert des maximalen Werts G_max einfach gesetzt werden. Dies verbessert die Feststellung der Genauigkeit. Zusätzlich, da das Batteriemodul M nur eine Ladung zu einem SoC von 10% für die Feststellung benötigt, kann die Ladungszeit verkürzt werden.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben in Bezug auf 5. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur in dem Vorgehen des Feststellungsverfahrens. Daher sind dieselben Bezugszeichen zu den Komponenten, die die gleichen wie die entsprechenden Komponenten im ersten Ausführungsbeispiel sind, vergeben. Diese Komponenten werden daher auch nicht im Detail beschrieben.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der absolute Wert des Spannungsgradienten G des Batteriemoduls M kalkuliert, wenn der SoC größer oder gleich 0% ist und kleiner als 40%, und der absolute Wert des Spannungsgradienten G wird verglichen mit dem oberen Grenzwert G_max. Der obere Grenzwert G_max wird getrennt und zu jedem SoC-Bereich von 0% oder größer bis 10% oder weniger und einem SoC-Bereich von größer als 10% bis kleiner als 40% gesetzt.
5 zeigt eine Entladungskurve eines Batteriemoduls M in einem Mikrokurzschlusszustand. In 5 ist eine Kurve aufgetragen, von wenn der SoC 100% ist bis wenn der SoC als Ergebnis einer Entladung auf 0% fällt. In 5 ist die horizontale Achse in der Skalierung erhöht. Wenn der SoC 10% bis 40% ist, ist der absolute Wert des Spannungsgradienten G resultierend aus dem Mikrokurzschluss größer als der Gradient des absoluten Wertes des Spannungsgradienten eines nicht funktionsfähigen Batteriemoduls M. Der absolute Wert des Spannungsgradienten G, wenn der SoC 10% bis 40% ist, ist kleiner als der absolute Wert des Spannungsgradienten G, wenn der SoC 0% bis 10% ist. Daher wird ein erster oberer Grenzwert G_max1 gesetzt, in welchem der SoC in einem Bereich ist, der größer als 10% und kleiner als 40% ist, und ein zweiter oberer Grenzwert G_max2 gesetzt, in welchem der SoC in einem Bereich zwischen 0% oder größer und 10% oder weniger ist. Der zweite obere Grenzwert G_max2 ist größer als der erste obere Grenzwert G_max1.
Die oberen Grenzwerte G_max1 und G_max2 sind jeweils in der gleichen Weise gesetzt wie im ersten Ausführungsbeispiel basierend auf dem Verteilungsdiagramm, das die Korrelation des Spannungsgradienten G und eines Mikrokurzschlusszustandes zeigt, in welchem der SoC 0% oder größer und 10% oder kleiner ist und einem Verteilungsdiagramm, das die Korrelation des Spannungsgradienten G und des Mikrokurzschlusszustandes zeigt, in welchem der SoC 10% oder größer und kleiner als 40% ist. Mehr spezifisch ist in jedem Verteilungsdiagramm die Grenzen zwischen funktionsfähigen und nicht funktionsfähigen Produkten erreicht. Die Grenze für das Verteilungsdiagramm in dem der SoC auf 0% oder größer und 10% oder weniger gesetzt ist als zweiter oberer Grenzwert G_max2 gesetzt und die Grenze für das Verteilungsdiagramm, in welchem der SoC 10% oder größer und 40% oder kleiner ist, sind als erster oberer Grenzwert G_max1 gesetzt. Wenn das Verteilungsdiagramm keine klaren Grenzen umfasst zwischen funktionsfähigen Produkten und nicht funktionsfähigen Produkten und eine Region umfasst, in welcher nicht funktionsfähige Produkte mit funktionsfähigen Produkten vermischt sind, kann der obere Grenzwert G_max1 oder G_max2 zu einem Grenzwert der gemischten Region oder zu einem Wert gesetzt werden, in welchem die Anzahl der funktionsfähigen Produkte größer ist als die der nicht funktionsfähigen Produkte in der gemischten Region.
Das Verfahren zur Bestimmung eines Mikrokurzschlusszustandes im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nunmehr beschrieben. In der gleichen Weise wie das erste Ausführungsbeispiel ist ein Batteriemodul M Objekt der Feststellung, welches mit einer Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes 10 vor dem ersten Laden verbunden ist.
Anschließend verbindet die Steuerung 11 das Batteriemodul M und das Ladegerät, um das Batteriemodul M bis zu einem vordefinierten Wert (SoC 40%) zu laden. Während des Ladens kalkuliert die Steuerung 11 den SoC, indem es die Stromausgabewerte aus dem Strombestimmungskreislauf 12 kumuliert. Wenn die kumulierten Werte 40% erreichen, ist ein Schalter oder dergleichen, welcher das Batteriemodul M und das Ladegerät verbindet, ausgeschaltet, um das Batteriemodul M vom Ladegerät zu trennen.
Wenn die Versorgung von Strom vom Ladegerät zum Batteriemodul M gestoppt ist, wird das Batteriemodul M entladen. Dies vermindert die Batteriespannung. Die Steuerung 11 kalkuliert den SoC des Batteriemoduls M basierend auf den Ausgabewerten des Strombestimmungskreislaufs 12 und kalkuliert den Entladungsgehalt. Ferner kalkuliert die Steuerung 11 die Spannung des Batteriemoduls M basierend auf den Ausgabewerten von dem Spannungsbestimmungskreislauf 13 und speichert die Spannung in Verbindung mit dem Entladungsgehalt.
Wenn der SoC des Batteriemoduls M auf 0% fällt, liest die Steuerung 11 die Spannungswerte korrespondierend zu dem Entladungswert aus dem Speicher aus. Die Steuerung 11 enthält den Spannungsgradienten G (V/Ah), welcher die Spannungsänderungsanzahl relativ zum Entladungsgehalt ist, vom Spannungsänderungsgehalt und Entladungsgehalt vom SoC von 0% bis 10%. Die Steuerung 11 erhält ebenfalls den absoluten Wert des Spannungsgradienten G (V/Ah), der die Spannungsänderungsanzahl relativ zum Entladungsgehalt darstellt, vom Spannungsänderungsgehalt und Entladungsgehalt von einem SoC von 10% bis 40%. Anschließend liest die Steuerung 11 den ersten oberen Grenzwert G_max1 und den zweiten oberen Grenzwert G_max2 aus dem Speicher aus und vergleicht den zweiten oberen Grenzwert G_max2 mit dem absoluten Wert des Spannungsgradienten G, in welchem der SoC 0% bis 10% beträgt, und vergleicht den ersten oberen Grenzwert G_max1 mit dem absoluten Wert des Spannungsgradienten G, in welchem der SoC 10% bis 40% ist.
Wenn der absolute Wert des Spannungsgradienten G relativ zum SoC von 0% bis 10% ist, ist er geringer als der zweite obere Grenzwert G_max2, und der absolute Wert des Spannungsgradienten G für den SoC von 10% bis 40% ist geringer als der erste obere Grenzwert G_max1, die Steuerung 11 bestimmt, dass das Batteriemodul M vorbehaltlich der Bestimmung ein funktionsfähiges Produkt ist. Wenn zumindest eine der Bedingungen, in welchen die absoluten Werte des Spannungsgradienten G des SoC zwischen 0% und 10% größer ist als der zweite obere Grenzwert G_max2, und die Bedingung, dass der absolute Wert des Spannungsgradienten G für den SoC von 10% bis 40% größer ist als der erste obere Grenzwert G_max1, erfüllt ist, bestimmt die Steuerung 11, dass das Batteriemodul M sich in einem Mikrokurzschlusszustand befindet.
Wie oben beschrieben werden die Vorteile des zweiten Ausführungsbeispieles nachfolgend beschrieben.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel, wenn der Mikrokurzschlusszustand untersucht wird, lädt die Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes 10 die Batterie zu einem Ladungszustand, der kleiner ist als 40%, und benutzt die absoluten Werte des Spannungsgradienten G als Parameter für die Bestimmung anstatt der Spannung. In einer Batterie, die sich in einem Mikrokurzschlusszustand befindet, ist der Spannungsgradient größer in einer Region, in der der Zustand der Ladung kleiner als 40% ist. Daher können nicht funktionsfähige Produkte, die sich in einem Mikrokurzschlusszustand befinden mit hoher Genauigkeit von funktionsfähigen Produkten, die sich nicht in einem Mikrokurzschlusszustand befinden, unterschieden werden, indem die absoluten Werte des Spannungsgradienten G mit einem oberen Grenzwert verglichen werden, welcher im Vorhinein durch Experimente oder Ähnliches bestimmt worden ist. Da die Batterie nur geladen werden muss bis zu einem Ladungszustand der kleiner als 40% ist, kann die Ladezeit verringert werden.
Im zweiten Ausführungsbeispiel sind die oberen Grenzwerte G_max1 und G_max2 für die absoluten Werte des Spannungsgradienten G auf verschiedene Werte in einem Bereich zwischen 10% und 40% und in einem Bereich von 0% bis 10% gesetzt, die erreicht werden beim Trennen des SoC-Bereichs auf weniger als 40%. Die oberen Grenzwerte G_max1 und G_max2 werden größer, wenn der SoC kleiner wird. Insbesondere der Spannungsgradient G eines Batteriemoduls M in einem Mikrokurzschlusszustand kann sich ändern, auch in einem SoC-Bereich kleiner als 40% und der Spannungsgradient G steigt, wenn der Endladungsstopp näher kommt. Daher können die oberen Grenzwerte G_max1 und G_max2 auch für eine Batterie in Verbindung mit dem Ladezustand gesetzt werden, in welcher zum Beispiel der Spannungsgradient schnell ansteigt und einen Spannungswert erreicht, der nah am Entladungsbeendigungspunkt liegt. Wenn die oberen Grenzwerte G_max1 und G_max2 mit jeweils einem Spannungsgradienten G verglichen werden, ob eine Anomalität nicht detektiert wurde, wenn der SoC 10% bis 40% beträgt, aber detektiert wurde, wenn der SoC 0% bis 10% beträgt, wird festgestellt, dass das Batteriemodul M ein nicht funktionsfähiges Produkt ist. Dies verbessert die Feststellungsgenauigkeit.
Jedes der oben genannten Ausführungsbeispiele kann wie folgt modifiziert werden.
In einem ersten Ausführungsbeispiel sind die oberen Grenzwerte G_max1 und G_max2 jeweils für einen SoC-Bereich von 10% bis 40% und ein SoC-Bereich von 0% bis 10% gesetzt. Der Bereich der SoC ist jedoch nicht limitiert auf diese Bereiche. Zum Beispiel können die oberen Grenzwerte G_max1 und G_max2 auf einen SoC-Bereich von 0% bis 20% und einen SoC-Bereich von 20% bis 40% gesetzt werden. Ferner können drei oder mehr obere Grenzwerte G_max gesetzt werden. Zum Beispiel kann ein oberer Grenzwert auf einen SoC von 0% bis 10% gesetzt werden, ein oberer Grenzwert kann auf einen SoC von 10% bis 20% gesetzt werden und ein oberer Grenzwert kann auf einen SoC von 20% bis 40% gesetzt werden.
Wenn ein Mikrokurzschlusszustand festgestellt wird, wird ein Spannungsgradient G eines Batteriemoduls M erreicht, wenn der SoC kleiner als 40% ist. Die Feststellung ist nicht limitiert, auf wenn der SoC 0% oder größer und 10% oder kleiner ist wie im ersten Ausführungsbeispiel oder wenn der SOC 10% oder größer und 40% oder kleiner ist wie im zweiten Ausführungsbeispiel. Zum Beispiel kann ein Mikrokurzschlusszustand festgestellt werden, wenn der SoC 0% oder größer ist und 5% oder kleiner, wenn der SoC 5% oder größer und 10% oder kleiner ist, oder wenn der SoC 10% oder größer und 30% oder kleiner ist.
In jedem der zuvor genannten Ausführungsbeispiele umfasst die Steuerung 11 eine CPU, ein RAM oder dergleichen. Anstatt der Steuerung 11 kann ein integrierter Kreislauf umfasst sein, welcher einen Spannungsbestimmungskreislauf, einen Strombestimmungskreislauf oder dergleichen umfasst.
In jedem der zuvor genannten Ausführungsbeispiele kann das Verfahren zur Kalkulierung der kumulierten Werte des Ladungsstroms genutzt werden als Verfahren zur Messung des SoC. Anstatt eines Verfahrens zum Kalkulieren der kumulierten Werte basierend auf anderen Parametern wie Spannungswerte oder Temperatur oder ein Verfahren für die Kalkulierung der kumulierten Werte durch Kombinieren dieser Parameter umfassend einen Stromwert kann genutzt werden.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ist der Feststellungsgegenstand das Batteriemodul M. Der Feststellungsgegenstand kann jedoch geändert werden. Zum Beispiel umfasst eine eingebaute Batterie eine Vielzahl von Batteriemodulen und kann Feststellungsgegenstand sein.

Claims

Eine Vorrichtung (10) zur Feststellung des Batteriezustandes umfassend einen Spannungsdetektor, der den Spannungswert einer wiederaufladbaren Batterie (M) erkennt, die Gegenstand der Feststellung ist, einen Stromdetektor, der einen Stromwert einer wiederaufladbaren Batterie (M) detektiert, einen Ladungszustandsdetektor, der den Ladungszustand (SoC) der wiederaufladbaren Batterie (M) detektiert und eine Feststellungseinheit, welche ausgeführt ist, um die absoluten Werte eines Spannungsgradienten (G) zu kalkulieren, die einen Spannungsänderungswert relativ zum Entladungswert angibt, wenn der Ladungszustand (SoC) der wiederaufladbaren Batterie (M) kleiner als 40% ist, die absoluten Werte des Spannungsgradienten (G) mit vorbestimmten oberen Grenzwerten zu vergleichen und zu bestimmen, dass ein Mikrokurzschluss in einer wiederaufladbaren Batterie (M) vorkommt, wenn der absolute Wert der Spannungsgradienten (G) größer ist als der obere Grenzwert.
Vorrichtung (10) zur Feststellung des Batteriezustandes gemäß Anspruch 1, wobei der obere Grenzwert der absoluten Werte des Spannungsgradienten (G) eine Vielzahl an oberen Grenzwerten umfasst, jeweils auf Bereiche festgelegt, getrennt von Bereichen, in welchen der Ladezustand (SoC) kleiner als 40% ist, und die oberen Grenzwerte gesetzt sind, um größer als die korrespondierenden Ladungszustandsbereiche zu sein, wenn dieser kleiner wird.
Vorrichtung (10) zur Feststellung eines Batteriezustandes gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, wobei die Feststellungseinheit derart ausgestaltet ist, um die absoluten Werte eines Spannungsgradienten (G) zu kalkulieren, welcher den Spannungsänderungsbetrag relativ zu einem Entladungsbetrag angibt, wenn der Ladungszustand (SoC) der wiederaufladbaren Batterie (M) in einem Bereich von 0% oder größer und 10% oder kleiner liegt, verglichen mit den absoluten Werten des Spannungsgradienten (G) mit einem vordefinierten oberen Grenzwert und zu bestimmen, dass ein Mikrokurzschluss in der wiederaufladbaren Batterie (M) erfolgt, wenn der absolute Wert des Spannungsgradienten (G) größer ist als der obere Grenzwert.