DE112014004166T5

DE112014004166T5 - Gerät und Verfahren für die Abschätzung der Lebensdauer einer Energiespeichervorrichtung und eines Energiespeichersystems

Info

Publication number: DE112014004166T5
Application number: DE112014004166.1T
Authority: DE
Inventors: Yohei Tao; Shigeki Yamate
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2016-05-25
Also published as: JPWO2015037184A1; WO2015037184A1; US9983269B2; CN105531595B; JP6372490B2; US20160223617A1; CN105531595A

Abstract

Lebensdauer-Abschätzgerät 100, das eine Restlebensdauer abschätzt, die Teil einer nutzbaren akkumulierten Restperiode einer Energiespeichervorrichtung 200 ist, wobei das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 umfasst: eine Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110, die einen Verhältnisausdruck ermittelt, bei dem ein Widerstandswert eines Gleichstromwiderstandes oder eines Wechselstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung 200 zu einem vergangenen Zeitpunkt der akkumulierten Nutzungsperiode, der Teil eines akkumulierten Wertes einer Nutzungsperiode der Energiespeichervorrichtung 200 ist, durch einen Ausdruck gegeben ist, der einen Term einer Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) oder eine Exponentialfunktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst; und eine Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120, die die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 mit Hilfe des ermittelten Verhältnisausdrucks abschätzt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lebensdauer-Abschätzgerät und ein Lebensdauer-Abschätzverfahren für die Abschätzung einer Restlebensdauer, die Teil einer nutzbaren akkumulierten Restperiode einer Energiespeichervorrichtung ist, und ein Energiespeichersystem, das mit der Energiespeichervorrichtung und dem Lebensdauer-Abschätzgerät ausgestattet ist.
ZUGRUNDELIEGENDER STAND DER TECHNIK
Energiespeichervorrichtungen, wie etwa eine Lithiumionen-Sekundärbatterie, werden als Stromquellen für mobile Vorrichtungen, wie etwa einen Notebook-Computer und ein Mobiltelefon verwendet und heutzutage in einem weiten Bereich von Anwendungsgebieten, wie etwa einer Stromquelle für ein elektrisches Automobil, verwendet. Bei derartigen Energiespeichervorrichtungen ist es notwendig, in korrekter Weise die Restlebensdauer, die Teil der nutzbaren akkumulierten Restdauer der Energiespeichervorrichtung ist, zu erkennen. Im allgemeinen wurde eine Technik des Abschätzens einer über die Zeit erfolgenden Änderung eines Gleichstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung vorgeschlagen, um die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung abzuschätzen (siehe beispielsweise das Nicht-Patentdokument 1).
Dass Nicht-Patentdokument 1 offenbart eine Technik des Abschätzens der über die Zeit erfolgenden Änderung des Gleichstromwiderstandes einer Batterie zu einer vorbestimmten Versuchszeit mit Hilfe einer empirischen Formel, in der die über die Zeit erfolgende Änderung des Gleichstromwiderstandes durch eine Funktion N-ter Ordnung der Versuchszeit gegeben ist. Übrigens ist N der empirischen Formel ½, 1 oder 1,52 und ändert sich gemäß einem Versuchsmodus.
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
NICHT-PATENTDOKUMENTE

Nicht-Patentdokument 1: J. Belt et al., Journal of Power Sources, vol. 196, 2011, Seite 10213–10221.

ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
PROBLEME, DIE MIT DER ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
Bei der herkömmlichen Technik besteht ein Problem dahingehend, dass die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung nicht korrekt abgeschätzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um ein Lebensdauer-Abschätzgerät, ein Lebensdauer-Abschätzverfahren und ein Energiespeichersystem anzugeben, die eine korrekte Abschätzung der Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung gestatten.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lebensdauer-Abschätzgerät angegeben, das eine Restlebensdauer, die Teil einer nutzbaren akkumulierten Restperiode einer Energiespeichervorrichtung ist, abschätzt, wobei das Lebensdauer-Abschätzgerät umfasst: eine Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit, die einen Verhältnisausdruck ermittelt, in dem ein Widerstandswert eines Gleichstromwiderstandes oder eines Wechselstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung zu einem vergangenen Zeitpunkt einer akkumulierten Nutzungsperiode, der Teil eines akkumulierten Wertes einer Nutzungsperiode der Energiespeichervorrichtung ist, durch einen Ausdruck gegeben ist, der einen Term einer Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) oder eine Exponentialfunktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst; und eine Restlebensdauer-Abschätzeinheit, die die Restlebensdauer mit Hilfe des bezogenen Verhältnisausdrucks abschätzt.
Die vorliegende Erfindung kann nicht nur als die Lebensdauer-Abschätzeinrichtung ausgeführt sein, sondern die vorliegende Erfindung kann auch als ein Energiespeichersystem ausgeführt sein, das die Energiespeichervorrichtung und das Lebensdauer-Abschätzgerät umfasst, das die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung abschätzt. Die vorliegende Erfindung kann zudem als ein Lebensdauer-Abschätzverfahren ausgeführt sein, das die charakteristische Verarbeitung umfasst, die von dem Lebensdauer-Abschätzgerät ausgeführt wird. Die vorliegende Erfindung kann zudem als ein integrierter Schaltkreis ausgeführt sein, der einen Eigenschaftsprozessor umfasst, der in dem Lebensdauer-Abschätzgerät enthalten ist. Die vorliegende Erfindung kann zudem als ein Programm, das einen Computer veranlasst, die Eigenschaftsverarbeitung auszuführen, die in dem Lebensdauer-Abschätzverfahren enthalten ist, oder als ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium, wie etwa eine CD-ROM ausgeführt sein, auf dem das Programm aufgezeichnet ist. Das Programm kann durch das Aufzeichnungsmedium, wie etwa die CD-ROM, und ein Übertragungsmedium, wie etwa das Internet, verteilt werden.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung korrekt abgeschätzt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Entwurfszeichnung eines Energiespeichersystems, das ein Lebensdauer-Abschätzgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockschaltbild, das eine Funktionsbeschaffenheit des Lebensdauer-Abschätzgerätes gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel von Energiespeichervorrichtungsdaten gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine Ansicht, die einen Verhältnisausdruck veranschaulicht, der von einer Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit ermittelt wird, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5A ist eine Ansicht, die eine Periode veranschaulicht, die erforderlich ist, um den Verhältnisausdruck zu erhalten, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit ermittelt wird, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5B ist eine Ansicht, die eine Periode veranschaulicht, die erforderlich ist, um den Verhältnisausdruck zu erhalten, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit ermittelt wird, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem das Lebensdauer-Abschätzgerät gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Verarbeitung der Abschätzung einer Restlebensdauer einer Energiespeichervorrichtung ausführt.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel darstellt, bei dem das Lebensdauer-Abschätzgerät gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Verarbeitung der Abschätzung der Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung ausführt.
8A ist eine Ansicht, die einen Effekt, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt, mit Hilfe eines Graphen eines Gleichstromwiderstandes und der Anzahl von Zyklen zeigt.
8B ist eine Ansicht, die eine Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode in dem Verhältnisausdruck zeigt, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit ermittelt wird, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Ansicht, die den Effekt veranschaulicht, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält, im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel.
10A ist eine Ansicht, die den Effekt, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält, mit Hilfe eines Graphen eines Wechselstromwiderstandes und der Anzahl der Zyklen veranschaulicht.
10B ist eine Ansicht, die die Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode in dem Verhältnisausdruck zeigt, der durch die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit ermittelt wird, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Ansicht, die den Effekt, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält, im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel zeigt.
12 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Lebensdauer-Abschätzgerätes gemäß einer ersten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit gemäß der ersten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Verhältnisausdrucks-Ermittlungsverarbeitung ausführt.
14 ist eine Ansicht, die einen Effekt veranschaulicht, den man in einem Fall erhält, wenn ein Lebensdauer-Abschätzgerät gemäß einer zweiten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Batterie A und ein Gleichstromwiderstand ist.
15 ist eine Ansicht, die einen Effekt veranschaulicht, den man in einem Fall erhält, wenn das Lebensdauer-Abschätzgerät gemäß der zweiten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Batterie A und ein Wechselstromwiderstand ist.
16 ist eine Ansicht, die einen Effekt veranschaulicht, den man in einem Fall erhält, wenn das Lebensdauer-Abschätzgerät gemäß der zweiten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Batterie B und der Gleichstromwiderstand ist.
17 ist eine Ansicht, die einen Effekt zeigt, den man in einem Fall erhält, wenn das Lebensdauer-Abschätzgerät gemäß der zweiten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Batterie B und der Wechselstromwiderstand ist.
18 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Lebensdauer-Abschätzgerätes gemäß einer dritten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Lebensdauer-Abschätzgerätes gemäß einer vierten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
20 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration zeigt, bei der das Lebensdauer-Abschätzgerät gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem integrierten Schaltkreis aufgebaut ist.
AUSFÜHRUNGSART DER ERFINDUNG
Bei der herkömmlichen Technik besteht eine Schwierigkeit dahingehend, das die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung nicht korrekt abgeschätzt werden kann.
Bei der herkömmlichen Technik des Schätzens der über die Zeit erfolgenden Änderung des Gleichstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung wird der Wert N in der empirischen Formel kaum vorhergesagt, da sich der Wert von N gemäß dem Versuchsmodus ändert. Selbst wenn der Wert von N vorhergesagt werden kann, ist die abgeschätzte über die Zeit erfolgende Änderung des Gleichstromwiderstandes unzureichend korrekt. Daher kann bei der herkömmlichen Technik die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung nicht korrekt geschätzt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um ein Lebensdauer-Abschätzgerät, ein Lebensdauer-Abschätzverfahren und ein Energiespeichersystem anzugeben, die in der Lage sind, die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung korrekt zu schätzen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lebensdauer-Abschätzgerät angegeben, das eine Restlebensdauer abschätzt, die Teil einer nutzbaren akkumulierten Restperiode einer Energiespeichervorrichtung ist, wobei das Abschätzgerät umfasst: eine Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit, die einen Verhältnisausdruck ermittelt, in dem ein Widerstandswert eines Gleichstromwiderstandes oder eines Wechselstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung zu einem vergangenen Zeitpunkt einer akkumulierten Nutzungsperiode, der Teil eines akkumulierten Wertes einer Nutzungsperiode der Energiespeichervorrichtung ist, durch einen Ausdruck gegeben ist, der einen Term einer Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) oder eine Exponentialfunktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst; und eine Restlebensdauer-Abschätzeinheit, die die Restlebensdauer mit Hilfe des ermittelten Verhältnisausdrucks abschätzt.
Dementsprechend ermittelt das Lebensdauer-Abschätzgerät einen Verhältnisausdruck, in dem der Widerstandswert des Gleichstromwiderstandes oder des Wechselstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung zu einem vergangenen Zeitpunkt einer akkumulierten Nutzungsperiode durch den Ausdruck gegeben ist, der den Term der Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) oder die Exponentialfunktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst, und die die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung mit Hilfe des ermittelten Verhältnisausdrucks abschätzt. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Widerstandswert mit dem Verlauf der akkumulierten Nutzungsperiode exponential zu. Als Ergebnis von Untersuchung und Versuch haben die Erfinder herausgefunden, dass die über die Zeit erfolgende Änderung des Widerstandswertes durch einen Ausdruck gegeben ist, der den Term der Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) oder der Exponentialfunktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst, wobei die akkumulierte Nutzungsperiode als Variable verwendet wird. Da bei dem Lebensdauer-Abschätzgerät das Verhältnis zwischen dem Widerstandwert und der akkumulierten Nutzungsperiode in korrekter Weise durch den Verhältnisausdruck angegeben werden kann, kann die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung korrekt abgeschätzt werden.
Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit kann den Verhältnisausdruck ermitteln, in dem der Widerstandswert durch ein Polynom gegeben ist, das die kubische Funktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst.
Dementsprechend ermittelt das Lebensdauer-Abschätzgerät den Verhältnisausdruck, in dem der Widerstandswert durch ein Polynom gegeben ist, das die kubische Funktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst. Als Ergebnis von Untersuchung und Versuch haben die Erfinder herausgefunden, dass der Verhältnisausdruck, in dem der Widerstandswert durch das Polynom gegeben ist, das die kubische Funktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst, die Änderung des Widerstandswertes über die Zeit präzise ausdrückt. Da bei dem Lebensdauer-Abschätzgerät das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode durch den Verhältnisausdruck korrekt angegeben werden kann, kann die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung korrekt abgeschätzt werden.
Für den Fall, dass ein Wert, bei dem der Widerstandswert in dem Verhältnisausdruck durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, einen positiven Wert annimmt, kann die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit die akkumulierte Nutzungsperiode auf eine Verhältnisausdrucks-Bezugsdauer einstellen und den Verhältnisausdruck ermitteln, den man aus einem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsdauer erhält.
Für den Fall, dass der Wert, in dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, einen negativen Wert annimmt, kann ein Zustand, in dem der Widerstandswert exponential mit dem Verlauf der akkumulierten Nutzungsperiode zunimmt, kaum vorhergesagt werden, weil der Graph des Widerstandswertes zu der akkumulierten Nutzungsperiode durch eine Funktion konvex nach oben (konkave Funktion) ausgedrückt wird. Das heißt, für den Fall, dass der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, einen positiven Wert annimmt, kann das Lebensdauer-Abschätzgerät den Zustand, in dem der Widerstandswert exponential mit dem Verlauf der akkumulierten Nutzungsperiode zunimmt, ermitteln, indem es den Verhältnisausdruck ermittelt, den man aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der akkumulierten Nutzungsperiode erhält. Da bei dem Lebensdauer-Abschätzgerät das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode korrekt durch den Verhältnisausdruck angegeben werden kann, kann somit die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung korrekt abgeschätzt werden.
Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit kann den Verhältnisausdruck ermitteln, indem sie den Verhältnisausdruck aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Bezugsperiode berechnet.
Demzufolge berechnet das Lebensdauer-Abschätzgerät den Verhältnisausdruck aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der akkumulierten Nutzungsperiode, wenn der Wert, in dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, einen positiven Wert annimmt. Das Lebensdauer-Abschätzgerät kann den Verhältnisausdruck ermitteln, der den Zustand voraussagen kann, in dem der Widerstandswert exponential mit dem Ablauf der akkumulierten Nutzungsperiode ansteigt, ohne den Verhältnisausdruck in dem Speicher zu speichern. Da bei dem Lebensdauer-Abschätzgerät das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode durch den Verhältnisausdruck korrekt angegeben werden kann, kann somit die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung korrekt abgeschätzt werden.
Die Verhältnisausdruck-Ermittlungseinheit kann den Verhältnisausdruck ermitteln, in dem der Widerstandswert proportional zu der Exponentialfunktion ist, die eine Variable hat, bei der die akkumulierte Nutzungsperiode mit einer vorbestimmten Konstanten multipliziert wird.
Dementsprechend berechnet das Lebensdauer-Abschätzgerät den Verhältnisausdruck aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der akkumulierten Nutzungsperiode, wenn der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, den positiven Wert annimmt. Das Lebensdauer-Abschätzgerät kann den Verhältnisausdruck ermitteln, der den Zustand voraussagen kann, in dem der Widerstandswert exponential mit dem Verlauf der akkumulierten Nutzungsperiode zunimmt, ohne den Verhältnisausdruck in dem Speicher zu speichern. Da bei dem Lebensdauer-Abschätzgerät das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode durch den Verhältnisausdruck korrekt angegeben werden kann, kann somit die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung korrekt abgeschätzt werden.
Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit kann den Verhältnisausdruck ermitteln, in dem der Widerstandswert proportional zu der Exponentialfunktion ist, die eine Variable hat, bei der die akkumulierte Nutzungsperiode mit einer vorbestimmten Konstante multipliziert ist.
Demzufolge ermittelt das Lebensdauer-Abschätzgerät den Verhältnisausdruck, bei dem der Widerstandswert proportional zu der Exponentialfunktion ist, die eine Variable hat, bei der die akkumulierte Nutzungsperiode mit einer vorbestimmten Konstanten multipliziert wird. Infolge eines Ergebnisses von Untersuchung und Versuch haben die Erfinder herausgefunden, dass der Verhältnisausdruck, in dem der Widerstandswert proportional zu der Exponentialfunktion ist, die eine Variable hat, bei der die akkumulierte Nutzungsperiode mit einer vorbestimmten Konstante multipliziert wird, präzise die über die Zeit erfolgende Änderung des Widerstandswertes ausdrückt. Da bei dem Lebensdauer-Abschätzgerät das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode korrekt durch den Verhältnisausdruck angegeben werden kann, kann die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung korrekt abgeschätzt werden.
Die Restlebensdauer-Abschätzeinheit kann umfassen: eine Widerstandswert-Ermittlungseinheit, die einen ersten Widerstandswert und einen zweiten Widerstandswert ermittelt, wobei der erste Widerstandswert ein Widerstandswert zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ist und der zweite Widerstandswert der Widerstandswert zu einem Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt der Energiespeichervorrichtung ist; eine Periodenermittlungseinheit, die eine erste akkumulierte Nutzungsperiode und eine zweite akkumulierte Nutzungsperiode ermittelt, wobei die erste akkumulierte Nutzungsperiode die akkumulierte Nutzungsperiode in dem ersten Widerstandswert ist, den man aus dem Verhältnisausdruck erhält, und die zweite akkumulierte Nutzungsperiode die Nutzungsperiode in dem zweiten Widerstandswert ist, den man aus dem Verhältnisausdruck erhält; und eine Restlebensdauer-Berechnungseinheit, die die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung aus dem vorbestimmten Zeitpunkt durch Subtrahieren der ersten akkumulierten Nutzungsperiode von der zweiten akkumulierte Nutzungsperiode berechnet.
Dementsprechend ermittelt das Lebensdauer-Abschätzgerät den ersten Widerstandswert zu dem vorbestimmten Zeitpunkt und den zweiten Widerstandswert zu dem Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt der Energiespeichervorrichtung, ermittelt die erste akkumulierte Nutzungsperiode in dem ersten Widerstandswert und die zweite akkumulierte Nutzungsperiode in dem zweiten Widerstandswert, den man aus dem Verhältnisausdruck erhält, und berechnet die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung aus dem vorbestimmten Zeitpunkt durch Subtrahieren der ersten akkumulierten Nutzungsperiode von der zweiten akkumulierten Nutzungsperiode. Somit kann das Lebensdauer-Abschätzgerät die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung korrekt abschätzen.
Die Restlebensdauer-Abschätzeinheit kann weiterhin eine Verhältnisausdruck-Korrektureinheit umfassen, die den Verhältnisausdruck korrigiert, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit ermittelt wird. An diesem Punkt kann die Restlebensdauer mit Hilfe des korrigierten Verhältnisausdrucks abgeschätzt werden.
Dementsprechend korrigiert das Lebensdauer-Abschätzgerät den Verhältnisausdruck und schätzt die Restlebensdauer mit Hilfe des korrigierten Verhältnisausdrucks. Somit korrigiert das Restlebensdauer-Abschätzgerät den Verhältnisausdruck, um die Genauigkeit des Verhältnisausdrucks zu verbessern, wodurch die korrekte Abschätzung der Restlebensdauer gestattet ist.
Die Energiespeichervorrichtung kann eine Lithiumionen-Sekundärbatterie sein, die eine geschichtete Struktur eines Lithium-Übergangsmetalloxids als ein positives aktives Material umfasst, die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit kann den Verhältnisausdruck für die Lithiumionen-Sekundärbatterie ermitteln, und die Restlebensdauer-Abschätzeinheit kann die Restlebensdauer der Lithiumionen-Sekundärbatterie abschätzen.
Dementsprechend ist die Energiespeichervorrichtung die Lithiumionen-Sekundärbatterie, die die geschichtete Struktur des Lithium-Übergangsmetalloxids als das positive aktive Material umfasst. Als Ergebnis von Untersuchung von Versuch haben die Erfinder herausgefunden, dass ein Beeinträchtigungszustand durch den Verhältnisausdruck korrekt angegeben werden kann, wenn die Energiespeichervorrichtung die Lithiumionen-Sekundärbatterie ist. Somit kann das Lebensdauer-Abschätzgerät die Restlebensdauer der Lithiumionen-Sekundärbatterie korrekt abschätzen.
Im Folgenden werden ein Lebensdauer-Abschätzgerät einer Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein Energiespeichersystem, das das Lebensdauer-Abschätzgerät umfasst, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Ein speziell bevorzugtes Beispiel der vorliegenden Erfindung wird in der folgenden Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Ausführungsform sind ein numerischer Wert, eine Form, ein Material, ein Bauteil, ein Anordnungszustand und ein Verbindungszustand des Bauteils, ein Schritt und eine Schrittsequenz beispielhaft beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt ist. Bei den Bauteilen der folgenden Ausführungsform ist das Bauteil, das nicht in einem unabhängigen Anspruch beschrieben ist, der das oberste Konzept der vorliegenden Erfindung kennzeichnet, als willkürliches Bauteil beschrieben, das eine bevorzugte Ausführungsart bildet.
Eine Konfiguration eines Energiespeichersystems 10 wird im Folgenden beschrieben.
1 ist eine Entwurfszeichnung eines Energiespeichersystems 10, das ein Lebensdauer-Abschätzgerät 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Energiespeichersystem 10 ein Lebensdauer-Abschätzgerät 100, zahlreiche Energiespeichervorrichtungen 200 (in 1 sechs Energiespeichervorrichtungen 200) und ein Aufnahmegehäuse 300, in dem das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 und die zahlreichen Energiespeichervorrichtungen 200 aufgenommen sind.
Das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 ist über den zahlreichen Speichervorrichtungen 200 angeordnet und ist eine Leiterplatte, die mit einem Schaltkreis ausgestattet ist, der die Lebensdauern der zahlreichen Energiespeichervorrichtungen 200 abschätzt. Insbesondere ist das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 mit den zahlreichen Energiespeichervorrichtungen 200 verbunden und ermittelt Informationen aus den zahlreichen Energiespeichervorrichtungen 200, um die Restlebensdauer zu bestimmen, die Teil der nutzbaren akkumulierten Restperioden der zahlreichen Energiespeichervorrichtungen 200 ist. Die Funktionsbeschaffenheit des Lebensdauer-Abschätzgerätes 100 wird im Detail später beschrieben.
Wenngleich das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 über den zahlreichen Energiespeichervorrichtungen 200 in der Ausführungsform angeordnet ist, kann das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 an einer beliebigen Position angeordnet sein.
Die Energiespeichervorrichtung 200 ist eine Sekundärbatterie, wie etwa eine nicht Elektrolyt-Sekundärtrockenbatterie, die positive und negative Elektroden umfasst.
In 1 sind die sechs rechteckigen Energiespeichervorrichtungen 200 in Reihe angeordnet, um eine zusammengesetzte Batterie zu bilden. Die Anzahl der Energiespeichervorrichtungen 200 ist nicht auf sechs beschränkt, sondern es können ein oder mehrere Teile von Energiespeichervorrichtungen 200 mit Ausnahme von sechs angeordnet sein. Es gibt keine spezielle Einschränkung auf eine Form der Energiespeichervorrichtungen 200.
Vorzugsweise ist die Energiespeichervorrichtung 200 eine Lithiumionen-Sekundärbatterie, die ein Lithiumübergangsmetalloxid mit einer geschichteten Struktur als ein positives aktives Material umfasst. Insbesondere wird das Lithiumübergangsmetalloxid, wie etwa Li_1+xM_1-yO₂ (M ist ein oder zwei oder mehr Übergangsmetallelemente, die aus Fe, Ni, Mn, Co und dergleichen gewählt sind, wobei 0 ≤ x ≤ 1/3 und 0 ≤ y ≤ 1/3 ist), das die geschichtete Struktur hat, vorzugsweise als das positive aktive Material verwendet.
Ein spinellartiges Lithiummanganoxid, wie etwa LiMn₂O₄ und LiMn_1,5Ni_0,5O₄, oder ein olivinartiges positives aktives Material, wie etwa LiFePO₄, und das Lithiumübergangsmetalloxid, das die geschichtete Struktur hat, können miteinander als das positive aktive Material gemischt werden.
Es kann jedes beliebige bekannte Material als ein negatives aktives Material verwendet werden, solange das Material ein Lithiumion einschließen und freigeben kann. Zusätzlich zu einem Lithiummetall und einer Lithiumlegierung (einer lithiummetallhaltigen Legierung, wie etwa Lithium-Silizium, Lithium-Aluminium, Lithium-Blei, Lithium-Zinn, Lithium-Aluminium-Zinn, Lithium-Gallium und einer Wood'schen Legierung) umfassen Beispiele des Materials eine Legierung, die Lithium einschließen und freigeben kann, ein Kohlenstoffmaterial (wie etwa Graphit, kaum graphitisierbaren Kohlenstoff, einfach graphitisierbaren Kohlenstoff, bei Niedertemperatur gebackenen Kohlenstoff und amorphen Kohlenstoff), Siliziumoxid, Metalloxid, Lithiummetalloxid (wie etwa Li₄Ti₅O₁₂), eine Phosphorsäurenverbindung und eine Verbindung eines Übergangsmetalls sowie ein Element der Gruppe 14 bis zu einem Element der Gruppe 16, wie etwa Co₃O₄ und Fe₂P, was allgemein als negative Umwandlungselektrode bezeichnet wird.
Die Funktionsbeschaffenheit des Lebensdauer-Abschätzgerätes 100 wird im Folgenden detailliert beschrieben.
2 ist ein Blockschaltbild, das die Funktionsbeschaffenheit des Lebensdauer-Abschätzgerätes 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 schätzt die Restlebensdauer ab, die Teil der nutzbaren akkumulierten Restperiode der Energiespeichervorrichtung 200 ist. Wie in 2 gezeigt, umfasst das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 eine Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110, eine Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120 und einen Speicher 130. Verhältnisausdrucksdaten 131 und Energiespeichervorrichtungsdaten 132 werden in dem Speicher 130 gespeichert.
Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt einen Verhältnisausdruck. In dem Verhältnisausdruck ist ein Widerstandswert eines Gleichstromwiderstandes oder eines Wechselstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung 200 zu einem vergangenen Zeitpunkt der akkumulierten Nutzungsperiode, der Teil eines akkumulierten Wertes einer Nutzungsperiode der Energiespeichervorrichtung 200 ist, durch einen Ausdruck gegeben, der einen Term einer Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) oder einer Exponentialfunktion einer akkumulierten Nutzungsperiode umfasst. Insbesondere ermittelt bei der Ausführungsform die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 den Verhältnisausdruck, in dem der Widerstandswert durch ein Polynom gegeben ist, der die kubische Funktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst.
Wie sie hier verwendet wird, bezeichnet die akkumulierte Nutzungsperiode eine Gesamtperiode, in der die Nutzungsperioden der Energiespeichervorrichtung 200 bis zu einem vorbestimmten Zeitpunkt seit einem Nutzungsstartzeitpunkt der Energiespeichervorrichtung 200 aufaddiert werden. Für den Fall, dass beispielsweise die Energiespeichervorrichtung 200 intermittierend verwendet wird, bezeichnet die akkumulierte Nutzungsperiode ein Periode, von der eine Nicht-Nutzungsperiode der Energiespeichervorrichtung 200 abgezogen wird. Möglicherweise wird die Nicht-Nutzungsperiode nicht strikt abgezogen, sondern es kann die gesamte Periode, die die Nicht-Nutzungsperiode von dem Nutzungsstartzeitpunkt der Energiespeichervorrichtung 200 zu dem vorbestimmten Zeitpunkt umfasst, als die akkumulierte Nutzungsperiode verwendet werden. Vorzugsweise werden eine Stunde oder ein Zyklus (die Zahl der Lade- und Entladehäufigkeiten) als eine Einheit der akkumulierten Nutzungsperiode verwendet, wobei eine beliebige verwendet werden kann, solange die Einheit eine Periode, wie etwa einen Monat und einen Tag ausdrückt.
Der Widerstandswert des Gleichstromwiderstandes oder des Wechselstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung 200 ist ein Widerstandswert eines Innenwiderstandes der Energiespeichervorrichtung 200, wie etwa ein Widerstandswert eines Gleichstromwiderstandes in zehn Sekunden oder ein 1-kHz-Wechselstromwiderstand. Der Gleichstromwiderstand in zehn Sekunden wird durch einen Gradienten einer V-I-(Spannungs-Strom-)Kurve in zehn Sekunden gemessen. Der 1-kHz-Wechselstromwiderstand bezeichnet einen Wechselstromwiderstand (Wechselstromimpedanz), der durch Anlegen einer Wechselspannung oder eines Wechselstroms, der eine Frequenz von 1 kHz hat, an die Energiespeichervorrichtung gemessen wird.
Insbesondere für den Fall, dass der Wert, bei dem der Widerstandswert in dem Verhältnisausdruck durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, einen positiven Wert annimmt, setzt die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 die akkumulierte Nutzungsperiode auf die Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode und ermittelt den Verhältnisausdruck, den man aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandwert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdruck-Ermittlungsperiode erhält. Dies wird später im Detail beschrieben.
Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt den Verhältnisausdruck durch Lesen des Verhältnisausdrucks aus den Verhältnisausdrucksdaten 131, die in dem Speicher 130 gespeichert sind. Das heißt, die Verhältnisausdrucksdaten 131 sind Daten, die den Verhältnisausdruck halten, der die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 abschätzt. Der Verhältnisausdruck wird später im Detail beschrieben.
Die Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120 schätzt die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 mit Hilfe des Verhältnisausdrucks ab, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt wird. Die Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120 umfasst eine Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121, eine Periodenermittlungseinheit 122 und eine Restlebensdauer-Berechnungseinheit 123.
Die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 ermittelt einen ersten Widerstandswert, der Teil des Widerstandswertes der Energiespeichervorrichtung 200 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt (im Folgenden als der erste Zeitpunkt bezeichnet) ist. Das heißt, die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 ermittelt den Widerstandswert der Energiespeichervorrichtung 200 zu dem ersten Zeitpunkt beispielsweise durch Messung und verwendet den ermittelten Widerstandswert als einen ersten Widerstandswert.
Die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 ermittelt einen zweiten Widerstandswert, der Teil des Widerstandswertes zu dem Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt (im Folgenden als zweiter Zeitpunkt bezeichnet) der Energiespeichervorrichtung 200 ist. Das heißt, die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 ermittelt einen Wert, der von einem Benutzer fixiert wird, aus einer Benutzereingabe als den Widerstandswert zu dem Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt der Energiespeichervorrichtung 220 und verwendet den ermittelten Wert als den zweiten Widerstandswert.
Die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 speichert den ermittelten ersten und zweiten Widerstandswert in den Energiespeichervorrichtungsdaten 132 des Speichers 130. Die Energiespeichervorrichtungsdaten 132, die in dem Speicher 130 gespeichert werden, werden später im Detail beschrieben.
Die Periodenermittlungseinheit 122 ermittelt die erste akkumulierte Nutzungsperiode, die Teil der akkumulierten Nutzungsperiode in dem ersten Widerstandswert ist, den man aus dem Verhältnisausdruck erhält. Das heißt, die Periodenermittlungseinheit 122 berechnet die akkumulierte Nutzungsperiode in dem ersten Widerstandswert, der mit der Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 ermittelt wird, mit Hilfe des Verhältnisausdrucks, der durch die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt wird, wodurch die erste akkumulierte Nutzungsperiode ermittelt wird, die Teil der akkumulierten Nutzungsperiode zu dem ersten Zeitpunkt ist.
Die Periodenermittlungseinheit 122 ermittelt zudem die zweite akkumulierte Nutzungsperiode, die Teil der akkumulierten Nutzungsperiode in dem zweiten Widerstandswert ist, den man aus dem Verhältnisausdruck erhält. Das heißt die Periodenermittlungseinheit 122 berechnet die akkumulierte Nutzungsperiode in dem zweiten Widerstandwert, der durch die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 ermittelt wurde, mit Hilfe des Verhältnisausdrucks, der durch die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt wird, wodurch die zweite akkumulierte Nutzungsperiode ermittelt wird, die Teil der akkumulierten Nutzungsperiode zu dem zweiten Zeitpunkt ist.
Die Periodenermittlungseinheit 122 liest den ersten und zweiten Widerstandswert aus den Energiespeichervorrichtungsdaten 132, die in dem Speicher 130 gespeichert sind, und ermittelt die erste und zweite akkumulierte Nutzungsperiode durch Berechnen der ersten und zweiten akkumulierten Nutzungsperiode mit Hilfe des Verhältnisausdrucks. Die Periodenermittlungseinheit 122 speichert die ermittelte erste und zweite akkumulierte Nutzungsperiode in den Energiespeichervorrichtungsdaten 132.
Die Restlebensdauer-Berechnungseinheit 123 berechnet die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 aus dem ersten Zeitpunkt durch Subtrahieren der ersten akkumulierten Nutzungsperiode von der zweiten akkumulierten Nutzungsperiode, wobei die erste und die zweite akkumulierte Nutzungsperiode von der Periodenermittlungseinheit 122 ermittelt werden. Insbesondere liest die Restlebensdauer-Berechnungseinheit 123 die erste und die zweite Nutzungsperiode aus den Energiespeichervorrichtungsdaten 132, die in dem Speicher 130 gespeichert sind, und berechnet die Restlebensdauer. Das heißt die Restlebensdauer ist die nutzbare akkumulierte Nutzungsdauer der Energiespeichervorrichtung 200 ab dem vorbestimmten Zeitpunkt (erster Zeitpunkt) bis zu dem Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt (zweiter Zeitpunkt).
3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der Energiespeichervorrichtungsdaten 132 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Energiespeichervorrichtungsdaten 132 sind ein Satz von Datenteilen, die den Widerstandswert der Energiespeichervorrichtung 200 zu einem bestimmten Zeitpunkt und die akkumulierte Nutzungsperiode der Energiespeichervorrichtung 200 zu dem bestimmten Zeitpunkt kennzeichnen.
Wie es in 3 gezeigt ist, sind die Energiespeichervorrichtungsdaten 132 eine Datentabelle, in der der ”Widerstandswert” und die akkumulierte ”Nutzungsperiode” miteinander in Bezug gesetzt werden. Der Wert, der den Widerstandswert der Energiespeichervorrichtung 200 zu einem bestimmten Zeitpunkt, wie etwa dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt kennzeichnet, ist in dem ”Widerstandswert” gespeichert. Der Wert, der die akkumulierte Nutzungsperiode der Energiespeichervorrichtung 200 zu einem bestimmten Zeitpunkt kennzeichnet, ist in der ”akkumulierten Nutzungsperiode” gespeichert.
Der Verhältnisausdruck, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt wird, wird im Folgenden detailliert beschrieben.
4 ist eine Ansicht, die den Verhältnisausdruck veranschaulicht, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermittelt wird. Insbesondere ist 4 ein Graph, der ein Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode der Energiespeichervorrichtung 200 veranschaulicht.
5A und 5B sind Ansichten, die eine Periode veranschaulichen, die notwendig ist, um den Verhältnisausdruck zu erhalten, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermittelt wird. Insbesondere sind 5A und 5B Graphen, die eine Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode, während derer der Verhältnisausdruck nicht bezogen werden kann, und eine Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode veranschaulichen, während derer der Verhältnisausdruck bezogen werden kann.
In dem Graph von 5B kennzeichnet die vertikale Achse einen Wert, bei dem der Widerstandswert des Graphen in 5A durch die akkumulierte Nutzungsperiode einmal differenziert wird.
Wie in 4 gezeigt, kann der Verhältnisausdruck durch die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 bezogen werden, indem der folgende Versuch ausgeführt wird. Insbesondere wird ein Polynom R = f(t), das die kubische Funktion umfasst, aus einem Übergang (R₀ bis R₁) des Widerstandswertes R des Gleichstromwiderstandes oder des Wechselstromwiderstandes bis zu einem bestimmten Beeinträchtigungszustand (beispielsweise einer Periode von t₀ bis t₁ in 4) unter einer Nutzungsbedingung (ein aktueller Wert ist ein festgelegter Wert) berechnet, dass eine wiederholte Nutzung angenommen wird.
Beispielsweise nach 0, 100, 200 und 300 Zyklen wird der Gleichstrom- oder der Wechselstromwiderstand gemessen, um ein Datenpaar von (Widerstandswert R und akkumulierter Nutzungsperiode t) zu ermitteln. Das Verhältnis zwischen den beiden wird in R = A × t³ + B × t² + C × t + D eingesetzt, um die Konstanten A, B, C und D zu berechnen.
Das folgende Verfahren kann als ein Beispiel eines Verfahrens zum Messen des Widerstandswertes R erwähnt werden. Nachdem die wiederhergestellte Batterie für wenigstens drei Stunden bei 25° belassen wurde, wird eine konstante Stromentladung (Restentladung) mit einer Batterienennkapazität von 0,05 CA ausgeführt, bis SOC (State Of Charge – Ladezustand) 0% wird.
Es besteht keine Einschränkung für das Verfahren der Ermittlung des Widerstandswertes R des Gleichstromwiderstandes. Nachdem beispielsweise eine Ladung konstanten Stroms und konstanter Spannung mit der Batterienennkapazität von 0,2 CA, bis SOC zu 50% wurde, für insgesamt 8 Stunden ausgeführt wurde, wird eine 10-Sekunden-Spannung (V) des Entladungsstroms an wenigstens drei Punkten, wie etwa 0,2, 0,5 und 1 CA in Bezug auf jeden Entladungsstrom (I) aufgetragen, die Linearität eines Gradienten der V-I-Kurve überprüft und der Widerstandswert R des Gleichstromwiderstandes aus dem Gradienten der V-I-Kurve ermittelt.
Für den Fall, dass der Widerstandswert R des Wechselstromwiderstandes ermittelt wird, wird eine 1-kHz-Innenimpedanz (beispielsweise SOC von 0%) der Batterie mit einem Wechselstrom-Impedanzmessgerät ermittelt.
Daher wird der Verhältnisausdruck, in dem der Widerstandwert R durch das Polynom gegeben ist, das die kubische Funktion der akkumulierten Nutzungsperiode t umfasst, ermittelt, wie es in Gleichung I gezeigt ist. R = f(t) = A × t³ + B × t² + C × t + D (Gleichung 1)
Wobei A, B, C und D Konstanten sind. Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 kann den Verhältnisausdruck 110 beziehen, wie es in der Gleichung 1 gezeigt ist. In dem Verhältnisausdruck ist der Widerstandswert R des Gleichstromwiderstandes oder des Wechselstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung 200 zu dem vergangenen Zeitpunkt der akkumulierten Nutzungsperiode, die Teil des akkumulierten Wertes der Nutzungsperiode der Energiespeichervorrichtung 200 ist, durch das Polynom gegeben, das die kubische Funktion der akkumulierten Nutzungsperiode t umfasst.
Der Graph, der durch die Gleichung 1 gegeben ist, ist derart beschaffen, dass der Widerstandwert R rapide im Verlauf der akkumulierten Nutzungsperiode t zu einem Ende der Lebensdauer der Batterie zunimmt, wobei der Graph den Beeinträchtigungszustand der Batterie korrekt ausdrücken kann, bei dem der Widerstandswert R zum Ende der Lebensdauer der Batterie exponential zunimmt. Wie es hier verwendet wird, bezeichnet das Ende der Lebensdauer der Batterie beispielsweise den Fall, dass ein Innenwiderstand der Batterie wenigstens das Dreifache eines Ausgangszustands des Innenwiderstandes annimmt.
Der Verhältnisausdruck von Gleichung 1 wird zuvor durch den Versuch bei jeder Art von Energiespeichervorrichtung 200 abgeleitet und zuvor in den Verhältnisausdrucksdaten 131 des Speichers 130 gespeichert.
In Gleichung 1 werden die Konstanten A, B, C und D in jeder Art der Energiespeichervorrichtung 200 berechnet.
Wie es in 5A gezeigt ist, kann in einer akkumulierten Nutzungsperiode t₀ bis t_z, da der Graph der Änderung des Widerstandswertes in Bezug auf die akkumulierte Nutzungsperiode die Funktion konvex aufwärts (konkave Funktion) wird, die kubische Funktion nicht nur aus dem Graph der Funktion konvex aufwärts bezogen werden. Die akkumulierte Nutzungsperiode t₀ bis t_z, in der die kubische Funktion nicht bezogen werden kann, wird als Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode bezeichnet.
Das heißt, die Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode ist, wie in 5B gezeigt, derart beschaffen, dass die Änderung des Wertes, in dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode einmal differenziert wird, in Bezug auf die akkumulierte Nutzungsperiode abnimmt (ein Gradient einer Tangente wird negativ). Insbesondere ist die Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode derart beschaffen, dass der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, negativ wird.
In 5B wird der Wert, bei dem der Widerstandswert von der akkumulierten Nutzungsperiode einmal differenziert wird, als ein Änderungsumfang des Widerstandswertes in einer akkumulierten Nutzungsperiode t_a bis t_b berechnet und eine horizontale Achse auf einen Durchschnittswert der akkumulierten Nutzungsperiode t_a bis t_b gesetzt, wodurch die Erzeugung des vereinfachten Graphen möglich ist.
Da bei der akkumulierten Nutzungsperiode t₀ bis t₁ der Graph der Änderung des Widerstandswertes in Bezug auf die akkumulierte Nutzungsperiode die konvex abwärtige Funktion (konvexe Funktion) in der akkumulierten Nutzungsperiode t_z bis t₁ wird, kann die kubische Funktion lediglich aus dem Graphen der konvex abwärtigen Funktion bezogen werden.
Die akkumulierte Nutzungsperiode t₀ bis t₁ in der die kubische Funktion bezogen werden kann, wird als eine Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode bezeichnet.
Das heißt, die Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode ist derart beschaffen, dass in ihrem Verlauf die Änderung des Wertes, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode einmal differenziert wird, in Bezug auf die akkumulierte Nutzungsperiode zunimmt (der Gradient der Tangente wird positiv). Insbesondere ist die Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode derart beschaffen, dass in ihrem Verlauf der Wert, bei dem der Widerstandswert von der akkumulierten Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, positiv wird.
Somit setzt für den Fall, dass der Wert, bei dem der Widerstandswert in dem Verhältnisausdruck durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, einen positiven Wert annimmt, die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 die akkumulierte Nutzungsperiode auf die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit ein und ermittelt den Verhältnisausdruck, den man aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode erhält.
Alternativ kann ein Wert in der Nähe des Differentialwertes zweiter Ordnung, der in vereinfachter Form mit Hilfe eines Durchschnittswertes der akkumulierten Nutzungsperiode t_a bis t_b berechnet wird, als der Wert verwendet werden, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird.
An diesem Punkt kann bei der Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode der Widerstandswert für die akkumulierte Nutzungsperiode durch ein bekanntes Verfahren, wie etwa das Wurzelgesetz und das lineare Gesetz, vorhergesagt werden.
Somit wird der Verhältnisausdruck, der von dem bekannten Verfahren berechnet wird, in den Verhältnisausdrucksdaten 131 der Speichers 130 gespeichert, wobei die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 den Verhältnisausdruck in der Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode ermitteln kann.
Die Verarbeitung, bei der das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 abschätzt, wird im Folgenden beschrieben.
6 und 7 sind Flussdiagramme, die ein Beispiel zeigen, bei dem das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Verarbeitung des Abschätzens der Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 ausführt.
Wie es in 6 gezeigt ist, ermittelt die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 den Verhältnisausdruck, der durch die Gleichung 1 gegeben ist, gemäß der Art der Energiespeichervorrichtung 200, die die Restlebensdauer abschätzt (S102). Insbesondere ermittelt die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 den Verhältnisausdruck gemäß der Art der Energiespeichervorrichtung 200 durch Bezugnahme auf die Verhältnisausdrucksdaten 131, die in dem Speicher 130 gespeichert sind. Der Verhältnisausdruck, den man aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode erhält, wird zuvor in die Verhältnisausdrucksdaten 131 geschrieben.
Beispielsweise wird der Verhältnisausdruck, der durch ein bekanntes Verfahren, wie etwa des Wurzelgesetz und das Lineargesetz berechnet wird, zuvor in die Verhältnisausdrucksdaten 131 in der Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode geschrieben, wobei die kubische Funktion der Gleichung 1 zuvor in die Verhältnisausdrucksdaten 131 in der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode nach der Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode geschrieben wird. Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt den Verhältnisausdruck durch das bekannte Verfahren in der Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode und ermittelt die kubische Funktion 1 in der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode nach der Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode.
Die Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120 schätzt die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 mit Hilfe des Verhältnisausdrucks ab, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt wird, (S104). Der Restlebensdauer-Abschätzvorgang, der von der Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120 ausgeführt wird, wird im Folgenden detailliert beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Restlebensdauer-Abschätzverarbeitung (S104 in 6) zeigt, die von der Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Wie in 7 gezeigt, ermittelt die Widerstandswert-Ermittlungseinheit den ersten Widerstandwert der Energiespeichervorrichtung 200 zu dem ersten Zeitpunkt (S202). Insbesondere ermittelt, wie in 4 gezeigt, die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 einen ersten Widerstandswert R₁ durch Messen des ersten Widerstandswertes R₁ der Energiespeichervorrichtung 200 zu dem ersten Zeitpunkt. Die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 kann den ersten Widerstandswert R₁ von außerhalb, wie etwa einer Benutzereingabe ermitteln. Die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 speichert den ermittelten ersten Widerstandswert R₁ in den Energiespeichervorrichtungsdaten 132 des Speichers 130.
Unter Bezugnahme auf 7 ermittelt die Periodenermittlungseinheit 122 die erste akkumulierte Nutzungsperiode, die Teil der akkumulierten Nutzungsperiode in dem ersten Widerstandswert ist, den man aus dem Verhältnisausdruck erhält. Insbesondere berechnet, wie in 4 gezeigt, die Periodenermittlungseinheit 122 eine erste akkumulierte Nutzungsperiode t₁ durch Einsetzen des ersten Widerstandwertes R₁, der durch die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 ermittelt wird, in den Verhältnisausdruck (den Graphen in 4), der durch die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt wird. Beispielsweise berechnet die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 122 die erste akkumulierte Nutzungsperiode t₁ aus dem Verhältnisausdruck, der durch die Gleichung 1 gegeben ist, mit Hilfe eines Funktionsausdrucks R = f(t), in dem das Polynom verwendet wird, das die kubische Funktion umfasst.
Die Periodenermittlungseinheit 122 liest den ersten Widerstandswert R₁ aus den Energiespeichervorrichtungsdaten 132, die in dem Speicher 130 gespeichert sind, berechnet die erste akkumulierte Nutzungsperiode t₁ mit Hilfe des Verhältnisausdrucks und speichert die erste akkumulierte Nutzungsperiode t₁ in den Energiespeichervorrichtungsdaten 132.
Unter Bezugnahme auf 7 ermittelt die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 den zweiten Widerstandswert der Energiespeichervorrichtung 200 zu dem zweiten Zeitpunkt (Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt) der Energiespeichervorrichtung 200 (S206). Insbesondere ermittelt, wie in 4 gezeigt, die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 einen zweiten Widerstandswert R₂, der von einem Benutzer fixiert ist, aus der Benutzereingabe als den Widerstandswert zu dem Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt der Energiespeichervorrichtung 200. Wie er hier verwendet wird, bezeichnet der Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt der Energiespeichervorrichtung 200 beispielsweise den Fall, dass der Innenwiderstand der Energiespeichervorrichtung 200 wenigstens das Dreifache des Ausgangszustands des Innenwiderstandes wird. Die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 speichert den ermittelten zweiten Widerstandswert R₂ in den Energiespeicherdaten 132 des Speichers 130.
Alternativ wird der zweite Widerstandswert R₂ zuvor eingestellt und in dem Speicher 130 gespeichert, wobei die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 den zweiten Widerstandswert R₂ aus dem Speicher 130 ermitteln kann. Die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 kann den zweiten Widerstandswert R₂ durch Berechnen des zweiten Widerstandswertes R₂ gemäß einer vorbestimmten Regel ermitteln.
Unter Bezugnahme auf 7 ermittelt die Periodenermittlungseinheit 122 die zweite akkumulierte Nutzungsperiode, die Teil der akkumulierten Nutzungsperiode ist, in dem zweiten Widerstandswert, den man aus dem Verhältnisausdruck (S208) erhält. Insbesondere berechnet die Periodenermittlungseinheit 122, wie in 4 gezeigt, eine zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ durch Einsetzen des zweiten Widerstandswertes R₂, der durch die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 ermittelt wird, in den Verhältnisausdruck (den Graphen in 4), der durch die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt wird. Beispielsweise berechnet die Periodenermittlungseinheit 122 die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ mit Hilfe von t₂ = f¹(R₂) ähnlich der Berechnung der ersten akkumulierten Nutzungsperiode t₁.
Die Periodenermittlungseinheit 122 liest den zweiten Widerstandswert R₂ aus den Energiespeichervorrichtungsdaten 132, die in dem Speicher 130 gespeichert sind, berechnet die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ mit Hilfe des Verhältnisausdrucks und speichert die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ in den Energiespeichervorrichtungsdaten 132. Alternativ wird die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ zuvor in den Energiespeichervorrichtungsdaten 132 gespeichert, wobei die Periodenermittlungseinheit 122 die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ aus den Energiespeichervorrichtungsdaten 132 ermitteln kann.
Unter Bezugnahme auf 7 berechnet die Restlebensdauer-Berechnungseinheit 123 die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 aus dem ersten Zeitpunkt durch Subtrahieren der ersten akkumulierten Nutzungsperiode von der zweiten akkumulierten Nutzungsperiode (S210). Insbesondere liest, wie in 4 gezeigt, die Restlebensdauer-Berechnungseinheit 123 eine erste akkumulierte Nutzungsperiode t₂ und eine zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ aus den Energiespeichervorrichtungsdaten 132, die in dem Speicher 130 gespeichert sind, und berechnet die Restlebensdauer T (= t₂ – t₁).
Die Verarbeitung, bei der das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 abschätzt, ist beendet.
Den Effekt, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält, wird im Folgenden beschrieben.
Es wird insbesondere erläutert, dass das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 auf korrekte Weise die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 abschätzt.
Die Lithiumionen-Sekundärbatterie, die bei dem folgenden spezifischen Beispiel verwendet wird, umfasst eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und ein nicht wässriges Elektrolyt. Ein positives Gemisch ist auf einer Aluminiumfolie des positiven Kollektors ausgebildet, wodurch die positive Elektrode aufgebaut ist. Das positive Gemisch umfasst das positive aktive Material, Polyvinylidenflourid als Bindemittel und Acetylenruß als ein leitfähiges Material. Das positive aktive Material ist ein Gemisch eines geschichtet aufgebauten Lithiumübergangsmetalloxid, das durch LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ ausgedrückt ist, und eines spinellartigen Lithiummanganoxids. Ein negatives Gemisch ist auf einer Kupferfolie des negativen Kollektors ausgebildet, wodurch die negative Elektrode aufgebaut ist. Das negative Gemisch umfasst Graphitkohlenstoffmaterial als das negative aktive Material und Polyvinylidenflourid als das Bindemittel.
Es gibt keine spezielle Einschränkung für ein Mischungsverhältnis des geschichtet aufgebauten Lithiumübergangsmetalloxids und des spinellartigen Lithiummanganoxids in dem positiven aktiven Material, wobei man ein ähnliches Ergebnis auch dann erhält, wenn das positive aktive Material mit einem beliebigen Mischungsverhältnis hergestellt ist.
Während eines 45°C-1C-Zyklusversuchs wurde die Ladung durch die Ladung konstanten Stroms und konstanter Spannung bei 45°C, einen Strom von 1 CmA (= 650 mA), eine Spannung von 4,1 V und eine Ladezeit von 3 Stunden ausgeführt und die Entladung durch die Entladung konstanten Stroms bei 45°C, einen Strom von 1 CmA (= 650 mA) und eine Abschaltspannung von 2,75 V ausgeführt. Es war eine Ruhezeit für 10 Minuten zwischen der Ladung und der Entladung und der Entladung sowie der Ladung vorgesehen. Die Ruhezeit wurde eingerichtet, indem die Batterie in einen Zustand eines geöffneten Stromkreises versetzt wurde. Das heißt, ein Zyklus besteht aus vier Vorgängen der Ladung, der Ruhezeit, der Entladung und der Ruhezeit.
Während eines Kapazitätsbewertungsversuchs wurde die Ladung durch die Ladung konstanten Stroms und konstanter Spannung bei 25°C, einen Strom von 1 CmA (= 650 mA), eine Spannung von 4,1 V und eine Ladezeit von 3 Stunden ausgeführt und die Entladung durch die Entladung konstanten Stroms bei 25°C, einen Strom von 1 CmA (= 650 mA) und eine Abschaltspannung von 2,75 V ausgeführt. Es war eine Ruhezeit für 10 Minuten zwischen der Ladung und der Entladung und zwischen der Entladung und der Ladung vorgesehen.
8A bis 11 sind Ansichten, die den Effekt veranschaulichen, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält.
Zunächst wird der Effekt unter Bezugnahme auf 8A bis 9 beschrieben. 8A bis 9 sind Ansichten, die den Effekt veranschaulichen, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 erhält, wenn der Widerstandswert R der Gleichstromwiderstand ist. Insbesondere ist 8A eine Ansicht, die den Effekt darstellt, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Hilfe eines Graphen des Gleichstromwiderstandes und der Anzahl von Zyklen erhält. 8B ist eine Ansicht, die die Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode in dem Verhältnisausdruck darstellt, der durch die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermittelt wird. 9 ist eine Ansicht, die den Effekt zeigt, den man mit dem Lebensdauer-Abschätzgerät 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält, im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel.
Wie in 8A gezeigt, wurde der 45°C-1C-Zyklus-Versuch an der Zielbatterie ausgeführt, um den Verhältnisausdruck zu berechnen, der durch die Gleichung 1 gegeben ist. Insbesondere wurde der Verhältnisausdruck R = f(t), der durch das Polynom gegeben ist, das die kubische Funktion umfasst, aus einem Übergang (R₀ bis R₁) des Widerstandswertes R des Gleichstromwiderstandes in einem Bereich von 0 Zyklen (t₀ in 8A) bis 700 Zyklen (t₁ in 8A) berechnet.
Wie es in 8B gezeigt ist, wird der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, in der akkumulierten Nutzungsperiode t₁ (700 Zyklen) positiv (der Gradient der Tangente wird in 8A positiv). Daher war die akkumulierte Nutzungsperiode t₁ (700 Zyklen) die Verhältnisausdruck-Ermittlungsperiode, wobei der Verhältnisausdruck aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode berechnet wurde (t₀ bis t₁: 0 Zyklen bis 700 Zyklen).
Als Ergebnis erhält man den Verhältnisausdruck R = 4,46 × 10^–8 × t³ – 6,95 × 10^–5 × t² + 0,119 × t + 0,119 × t + 118,8, wie es in 9 gezeigt ist.
Weil man R₁ = 184,1 mΩ für t₁ = 700 Zyklen erhielt, war der erste Widerstandswert der Batterie zu dem ersten Zeitpunkt auf R₁ = 184,1 mΩ eingestellt und die erste akkumulierte Nutzungsperiode auf t₁ = 700 Zyklen eingestellt. Der zweite Widerstandswert der Batterie zu dem zweiten Zeitpunkt (Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt) war auf R₂ = 424,4 mΩ eingestellt, und die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ wird aus t₂ = f¹(R₂) berechnet. Als Ergebnis wurde die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ = 1.970 Zyklen berechnet.
Daher wurde die Restlebensdauer T als T = t₂ – t₁ = 1.270 Zyklen berechnet. Da der gemessen Wert 1.300 Zyklen war, stimmte an diesem Punkt die Restlebensdauer T, die mit Hilfe des Verhältnisausdrucks R = f(t) berechnet wurde, der durch das Polynom gegeben ist, das die kubische Funktion umfasst, mit dem gemessenen Wert überein.
Die Restlebensdauer wurde als Vergleichsbeispiel durch ein herkömmliches Verfahren vorhergesagt. Insbesondere erhielt man auf der Basis des Ergebnisses der Widerstandswerte R von 0 Zyklen bis 700 Zyklen eine Prädiktionsformel unter der Voraussetzung, dass das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert R und der Zahl der Zyklen (1) dem Lineargesetz (2) dem Wurzelgesetz und (3) dem 1,52-Ordnungsgesetz entsprach. Jede Prädiktionsformel lautet wie folgt:

(1) Lineargesetz R = 0,0962 × t + 117,9
(2) Wurzelgesetz R = 3,13 × t^1/2 + 102,7
(3) 1,52-Ordnungsgesetz R = 3,85 × 10^–3 × t^1,52 + 121,5

Ähnlich dem Polynom, das die kubische Funktion umfasst, die t₁ = 700 Zyklen definiert, wurde t₂ als Lebensdauer berechnet, wenn der Widerstandswert R₂ = 424,4 mΩ erreicht, wodurch die Restlebensdauer T = t₂ – t₁ berechnet wurde. Die Berechnungsergebnisse der Restlebensdauer waren (1) 2.486 Zyklen, (2) 9.864 Zyklen und (3) 963 Zyklen für (1) das Lineargesetz, (2) das Wurzelgesetz bzw. (3) das 1,52-Ordnungsgesetz.
Daher wurden die Differenzen zwischen den Restlebensdauern T und 1.300 Zyklen des gemessenen Wertes zu (1) +1.186 Zyklen, (2) +8.564 Zyklen und (3) –337 Zyklen für (1) das Lineargesetz, (2) das Wurzelgesetz bzw. (3) das 1,52-Ordnungsgesetz. Wie es oben erläutert wurde, kann das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 der Ausführungsform die Restlebensdauer mit extrem hoher Genauigkeit im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren abschätzen.
Nun folgt die Beschreibung unter Bezugnahme auf 10A bis 11. 10A bis 11 sind Ansichten, die den Effekt veranschaulichen, den man mit dem Lebensdauer-Abschätzgerät 100 erhält, wenn der Widerstandswert R der Wechselstromwiderstand ist. Insbesondere ist 10A eine Ansicht, die den Effekt, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält, mit Hilfe eines Graphen des Wechselstromwiderstandes und der Anzahl von Zyklen darstellt. 10B ist eine Ansicht, die die Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode in dem Verhältnisausdruck darstellt, der durch die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermittelt wird. 11 ist eine Ansicht, die den Effekt zeigt, den man mit dem Lebensdauer-Abschätzgerät 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel erhält.
Wie in 10A gezeigt, wurde der 45°C-1C-Zyklus-Versuch an der Zielbatterie ausgeführt, um den Verhältnisausdruck zu berechnen, der durch die Gleichung 1 gegeben ist. Insbesondere wurde der Verhältnisausdruck R = f(t), der durch das Polynom gegeben ist, das die kubische Funktion umfasst, aus einem Übergang (R₀ bis R₁) des Widerstandswertes R des Gleichstromwiderstandes in einem Bereich von 0 Zyklen (t₀ in 10A) bis 700 Zyklen (t₁ in 10A) berechnet.
Wie es in 10B gezeigt ist, wird der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, in der akkumulierten Nutzungsperiode t₁ (700 Zyklen) positiv (der Gradient der Tangente wird in 10A positiv). Daher war die akkumulierte Nutzungsperiode t₁ (700 Zyklen) die Verhältnisausdruck-Ermittlungsperiode, wobei der Verhältnisausdruck aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt d0er Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode berechnet wurde (t₀ bis t₁: 0 Zyklen bis 700 Zyklen).
Als Ergebnis erhielt man den Verhältnisausdruck R = 5,79 × 10^–9 × t³ + 1,41 × 10^–5 × t² + 0,0436 × t + 90,4 × t + 90,4, wie es in 11 gezeigt ist.
Weil man R₁ = 129,8 mΩ für t₁ = 700 Zyklen erhielt, war der erste Widerstandswert der Batterie zu dem ersten Zeitpunkt auf R₁ = 129,8 mΩ eingestellt und die erste akkumulierte Nutzungsperiode auf t₁ = 700 Zyklen eingestellt. Der zweite Widerstandswert der Batterie zu dem zweiten Zeitpunkt (Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt) war auf R₂ = 291,2 mΩ eingestellt, und die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ wird aus t₂ = f^–1(R₂) berechnet. Als Ergebnis wurde die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ = 2.062 Zyklen berechnet.
Daher wurde die Restlebensdauer T als T = t₂ – t₁ = 1.362 Zyklen berechnet. Da der gemessen Wert 1.300 Zyklen war, stimmte an diesem Punkt die Restlebensdauer T, die mit Hilfe des Verhältnisausdrucks R = f(t) berechnet wurde, der durch das Polynom gegeben ist, das die kubische Funktion umfasst, mit dem gemessenen Wert überein.
Die Restlebensdauer wurde als Vergleichsbeispiel durch ein herkömmliches Verfahren vorhergesagt. Insbesondere erhielt man auf der Basis des Ergebnisses der Widerstandswerte R von 0 Zyklen bis 700 Zyklen eine Prädiktionsformel unter der Voraussetzung, dass das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert R und der Zahl der Zyklen (1) dem Lineargesetz, (2) dem Wurzelgesetz und (3) dem 1,52-Ordnungsgesetz entsprach. Jede Prädiktionsformel lautet wie folgt:

(1) Lineargesetz R = 0,0868 × t + 70,7
(2) Wurzelgesetz R = 2,94 × t^1/2 + 55,1
(3) 1,52-Ordnungsgesetz R = 2,89 × 10^–3 × t^1,52 + 75,7

Ähnlich dem Polynom, das die kubische Funktion umfasst, die t₁ = 700 Zyklen definiert, wurde t₂ als Lebensdauer berechnet, wenn der Widerstandswert R₂ = 291,2 mΩ erreicht, wodurch die Restlebensdauer T = t₂ – t₁ berechnet wurde. Die Berechnungsergebnisse der Restlebensdauer waren (1) 1.840 Zyklen, (2) 5.749 Zyklen und (3) 906 Zyklen für (1) das Lineargesetz, (2) das Wurzelgesetz bzw. (3) das 1,52-Ordnungsgesetz.
Daher wurden die Differenzen zwischen den Restlebensdauern T und 1.300 Zyklen des gemessenen Wertes zu (1) +540 Zyklen, (2) +4.449 Zyklen und (3) –394 Zyklen für (1) das Lineargesetz, (2) das Wurzelgesetz bzw. (3) das 1,52-Ordnungsgesetz. Wie es oben erläutert wurde, kann das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 der Ausführungsform die Restlebensdauer mit extrem hoher Genauigkeit im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren abschätzen.
Wie es oben beschrieben wurde, wird bei dem Lebensdauer-Abschätzgerät 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Verhältnisausdruck, in dem der Widerstandswert des Gleichstromwiderstandes oder des Wechselstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung 200 zu dem vergangenen Zeitpunkt der akkumulierten Nutzungsperiode durch die Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) oder die Exponentialfunktion der akkumulierten Nutzungsperiode gegeben ist, ermittelt, um die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 abzuschätzen. An diesem Punkt nimmt der Widerstandswert exponential mit dem Verlauf der akkumulierten Nutzungsperiode zu. Als Ergebnis von Untersuchung und Versuch haben die Erfinder herausgefunden, dass die zeitlich erfolgende Änderung des Widerstandswertes durch die Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) oder die Exponentialfunktion der akkumulierten Nutzungsperiode gegeben ist, in der die akkumulierte Nutzungsperiode als eine Variable verwendet wird. Da bei dem Lebensdauer-Abschätzgerät 100 das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode durch den Verhältnisausdruck korrekt wiedergegeben werden kann, kann die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 korrekt abgeschätzt werden.
Das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 ermittelt den Verhältnisausdruck, in dem der Widerstrandswert durch das Polynom gegeben ist, das die kubische Funktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst. Als Ergebnis von Untersuchung und Versuch haben die Erfinder herausgefunden, dass der Verhältnisausdruck, in dem der Widerstandswert durch das Polynom gegeben ist, das die kubische Funktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst, präzise die über die Zeit erfolgende Änderung des Widerstandswertes ausdrückt. Da bei dem Lebensdauer-Abschätzgerät 100 das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode durch den Verhältnisausdruck korrekt angegeben werden kann, kann die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 korrekt abgeschätzt werden.
Für den Fall, dass der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, einen negativen Wert annimmt, kann ein Zustand, in dem der Widerstandswert exponential mit dem Verlauf der akkumulierten Nutzungsperiode zunimmt, kaum vorausgesagt werden, weil der Graph des Widerstandswertes für die akkumulierte Nutzungsperiode durch eine Funktion konvex aufwärts (konkave Funktion) ausgedrückt wird. Das heißt, für den Fall, dass der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, den positiven Wert annimmt, kann das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 den Zustand voraussagen, bei dem der Widerstandswert exponential mit dem Verlauf der akkumulierten Nutzungsperiode zunimmt, indem der Verhältnisausdruck ermittelt wird, den man aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der akkumulierten Nutzungsperiode erhält. Da bei dem Lebensdauer-Abschätzgerät 100 das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode durch den Verhältnisausdruck korrekt angegeben werden kann, kann somit die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 korrekt abgeschätzt werden.
Das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 ermittelt den ersten Widerstandswert zu dem vorbestimmten Zeitpunkt und den zweiten Widerstandswert zu dem Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt der Energiespeichervorrichtung 200, ermittelt die erste akkumulierte Nutzungsperiode in dem ersten Widerstandswert, den man aus dem Verhältnisausdruck erhält, und die zweite akkumulierte Nutzungsperiode in dem zweiten Widderstandswert und berechnet die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 aus dem vorbestimmten Zeitpunkt durch Subtrahieren der ersten akkumulierten Nutzungsperiode von der zweiten akkumulierten Nutzungsperiode. Somit kann das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 korrekt ermitteln.
Vorzugsweise ist die Energiespeichervorrichtung 200 die Lithiumionen-Sekundärbatterie, die das geschichtet aufgebaute Lithiumübergangsmetalloxid als das positive aktive Material umfasst. Als Ergebnis von Untersuchung und Versuch haben die Erfinder herausgefunden, dass ein Beeinträchtigungszustand von dem Verhältnisausdruck korrekt angegeben werden kann, wenn die Energiespeichervorrichtung 200 die Lithiumionen-Sekundärbatterie ist. Somit kann das Restlebensdauer-Abschätzgerät 100 die Restlebensdauer der Lithiumionen-Sekundärbatterie korrekt abschätzen.
Insbesondere kann das Restlebensdauer-Abschätzgerät 100 die Restlebensdauer zum Ende der Lebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 präzise abschätzen. Somit kann beispielsweise der Zeitpunkt für das Auswechseln der Lithiumionen-Sekundärbatterie für einen beweglichen Körper, wie etwa ein elektrisches Automobil, korrekt festgestellt werden. Bei der Energiespeichervorrichtung 200 wird die Beeinträchtigung der Kapazität durch Ausführen einer Ladungs- und Entladungssteuerung gemäß der abgeschätzten Lebensdauer unterdrückt, so dass die Lebensdauer verlängert werden kann.
(Erste Abänderung)
Eine erste Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben. Bei der Ausführungsform ermittelt die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 den Verhältnisausdruck gemäß der Art der Energiespeichervorrichtung 200 unter Bezugnahme auf die Verhältnisausdruckdaten 131, die in dem Speicher 130 gespeichert sind. Daneben berechnet und ermittelt bei der ersten Abänderung die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit den Verhältnisausdruck durch Analysieren der über die Zeit erfolgenden Änderung des Widerstandswertes der Energiespeichervorrichtung 200.
12 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Lebensdauer-Abschätzgerätes 100a gemäß der ersten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 12 gezeigt, umfasst die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 eines Lebensdauer-Abschätzgerätes 100a, das in einem Energiespeichersystem 10a enthalten ist, eine Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111, die den Verhältnisausdruck berechnet. Die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 berechnet den Verhältnisausdruck aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode, bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode. Wie sie hier verwendet wird, bezeichnet die Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode die akkumulierte Nutzungsperiode für den Fall, dass der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, den positiven Wert annimmt, wie es in 5A und 5B gezeigt ist.
Die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 berechnet den Verhältnisausdruck aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode, die Teil der akkumulierten Nutzungsperiode ist, für den Fall, dass der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, den positiven Wert annimmt, wie es in 5A und 5B gezeigt ist. Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110a ermittelt den Verhältnisausdruck, der durch die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 berechnet wird.
Da andere Bauteile, die in dem Lebensdauer-Abschätzgerät 100a enthalten sind, die Funktionen haben, die jenen der Bauteile gleichen, die in dem Lebensdauer-Abschätzgerät 100 der Ausführungsform enthalten sind, wird auf eine detaillierte Beschreibung derselben verzichtet.
Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungsverarbeitung, die von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110a des Lebensdauer-Abschätzgerätes 100a ausgeführt wird, wird im Folgenden beschrieben. Da andere Teile der Verarbeitung ähnlich den Teilen der Verarbeitung sind, die von dem Lebensdauer-Abschätzgerät 100 der Ausführungsform ausgeführt werden, wird auf eine detaillierte Beschreibung derselben verzichtet.
13 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110a gemäß der ersten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Verhältnisausdrucks-Ermittlungsverarbeitung ausführt. Insbesondere zeigt 13 die Verarbeitung (S102 in 6), bei der die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit den Verhältnisausdruck bei der Verarbeitung ermittelt, bei der das Lebensdauer-Abschätzgerät in 6 die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 abschätzt.
Wie es in 13 gezeigt ist, ermittelt die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 die akkumulierte Nutzungsperiode und den Widerstandswert der Energiespeichervorrichtung 200 (S302). Insbesondere ermittelt die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 die akkumulierte Nutzungsperiode und den Widerstandswert der Energiespeichervorrichtung 200 aus der Energiespeichervorrichtung 200. Die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 schreibt die ermittelte akkumulierte Nutzungsperiode und den Widerstandswert der Energiespeichervorrichtung 200 in die Energiespeichervorrichtungsdaten 132.
Die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 differenziert den Widerstandswert der akkumulierten Nutzungsperiode zwei mal mit Hilfe der ermittelten akkumulierten Nutzungsperiode und des Widerstandswertes der Energiespeichervorrichtung 200 (S304). Das heißt, die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 liest die akkumulierte Nutzungsperiode und den Widerstandswert der Energiespeichervorrichtung 200 aus den Energiespeichervorrichtungsdaten 132 und differenziert den Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal. Es gibt keine spezielle Einschränkung des Verfahrens der Differentialberechnung zweiter Ordnung. Wie es beispielsweise in 5B gezeigt ist, kann die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 die Differentialberechnung zweiter Ordnung mit Hilfe des Durchschnittswertes der akkumulierten Nutzungsperiode ausführen.
Die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 bestimmt, ob der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, der positive Wert ist (S306). Wenn bestimmt wird, dass der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, der positive Wert ist (JA in S306), ermittelt die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 die akkumulierte Nutzungsperiode als die Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode (S308).
Die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 berechnet den Verhältnisausdruck aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode (S310). Die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 berechnet den Verhältnisausdruck derart, dass der Widerstandswert durch die Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) (insbesondere das Polynom, das die kubische Funktion umfasst) der akkumulierten Nutzungsperiode gegeben ist. Somit kann die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110a den Verhältnisausdruck ermitteln.
Wenn bestimmt wird, dass der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, nicht der positive Wert ist (NEIN in S306), beendet die Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit 111 die Verarbeitung ohne Berechnen des Verhältnisausdrucks und wiederholt den Teil der Verarbeitung (S302 bis 310).
Auf diese Weise ermittelt die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110a den Verhältnisausdruck durch Berechnen des Verhältnisausdrucks auf dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode. Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110a schreibt den ermittelten Verhältnisausdruck in die Verhältnisausdrucksdaten 131, um den Verhältnisausdruck zu speichern.
Auf diese Weise berechnet das Lebensdauer-Abschätzgerät 100a gemäß der ersten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Verhältnisausdruck aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der akkumulierten Nutzungsperiode, wenn der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, den positiven Wert annimmt. Das Lebensdauer-Abschätzgerät 100a kann den Verhältnisausdruck ermitteln, der den Zustand vorhersagen kann, in dem der Widerstandswert exponential mit dem Verlauf der akkumulierten Nutzungsperiode zunimmt, ohne den Verhältnisausdruck in dem Speicher 130 zu speichern.
Da bei dem Lebensdauer-Abschätzgerät 100a das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode durch den Verhältnisausdruck korrekt angegeben werden kann, kann somit die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung korrekt abgeschätzt werden.
In der Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode kann der Widerstandswert für die akkumulierte Nutzungsperiode durch ein bekanntes Verfahren, wie etwa das Wurzelgesetz und das Lineargesetz, vorhergesagt werden. Daher kann in der Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110a den Verhältnisausdruck durch Berechnen des Verhältnisausdrucks, wie mit dem Wurzelgesetz und dem Lineargesetz, durch ein bekanntes Verfahren ermitteln.
(Zweite Abänderung)
Eine zweite Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben. Bei der Ausführungsform ermittelt die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 den Verhältnisausdruck, in dem der Widerstandswert der Energiespeichervorrichtung 200 gegeben ist, durch das Polynom, das die kubische Funktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst. Andererseits ermittelt in der zweiten Abänderung die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 den Verhältnisausdruck, in dem der Widerstandswert der Energiespeichervorrichtung 200 gegeben ist, durch den Ausdruck, der den Term der Exponentialfunktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst.
Mit Ausnahme des Verhältnisausdrucks, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt wird, während er in die Verhältnisausdrucksdaten 131 geschrieben wird, hat das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 der zweiten Abänderung die Konfiguration, die jener des Lebensdauer-Abschätzgerätes 100 der Ausführungsform in 2 gleicht.
Mit Ausnahme des Verhältnisausdrucks hat jeder Bestandteil, der in dem Lebensdauer-Abschätzgerät 100 der zweiten Abänderung enthalten ist, die Funktion, die jener des Lebensdauer-Abschätzgerätes 100 der Ausführungsform gleicht. Daher wird auf die detaillierte Beschreibung jedes Bauteils verzichtet.
Der Verhältnisausdruck, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt wird, wird detailliert im Folgenden beschrieben.
Der Verhältnisausdruck kann durch die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 durch Ausführen des folgenden Versuchs ermittelt werden. Insbesondere wird ein Exponentialkorrelations-Funktionsausdruck R = f(t) aus dem Übergang des Widerstandswertes R des Gleichstromwiderstandes oder des Wechselstromwidderstandes bis zu einem bestimmten Beeinträchtigungszustand (beispielsweise eine Periode t₀ bis t₁ in 4) unter einer Nutzungsbedingung (ein aktueller Wert ist ein festgelegter Wert) berechnet, dass von einer wiederholten Nutzung ausgegangen wird.
Beispielsweise wird nach 0, 100, 200 und 300 Zyklen der Gleichstrom- oder Wechselstromwiderstand gemessen, um ein Datenpaar (Widerstandswert R und akkumulierte Nutzungsperiode t) zu ermitteln. Das Verhältnis zwischen beiden wird in Ln(R) = a × t + b eingesetzt, um die Kostanten a und b zu berechnen. Das Messverfahren, das dem Verfahren aus 4 gleicht, kann als das Verfahren für die Messung des Widerstandswertes R verwendet werden.
Daher wird der Verhältnisausdruck, in dem der Widerstandswert R durch die Exponentialfunktion der akkumulierten Nutzungsperiode t gegeben ist, ermittelt, wie es in der folgenden Gleichung 2 dargestellt ist. R = f(t) = c × exp(a × t) (Gleichung 2)
Wobei a und c Konstanten sind. Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 kann den Verhältnisausdruck beziehen, wie es in Gleichung 2 dargestellt ist. In dem Verhältnisausdruck ist der Widerstandswert R des Gleichstromwiderstandes oder des Wechselstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung 200 zu dem vergangenen Zeitpunkt der akkumulierten Nutzungsperiode, der Teil des akkumulierten Wertes der Nutzungsperiode der Energiespeichervorrichtung 200 ist, proportional zu der Exponentialfunktion, wobei ein Wert, bei dem die vorbestimmte Konstante a mit der akkumulierten Nutzungsperiode t multipliziert wird, als eine Variable verwendet wird.
Der Graph, der durch die Gleichung 2 gegeben ist, ist derart beschaffen, dass der Widerstandswert R mit dem Verlauf der akkumulierten Nutzungsperiode t zu einem Ende der Lebensdauer der Batterie rapide zunimmt, wobei der Graph den Beeinträchtigungszustand der Batterie, bei der der Widerstandswert R zum Ende der Lebensdauer der Batterie rapide zunimmt, korrekt ausdrücken kann. Wie es hier verwendet wird, bezeichnet beispielsweise das Ende der Lebensdauer der Batterie den Fall, dass ein Innenwiderstand der Batterie wenigstens des Dreifache bei einem Ausgangszustand des Innenwiderstandes wird.
Der Verhältnisausdruck der Gleichung 2 wird im Voraus durch den Versuch bei jeder Art von Energiespeichervorrichtung 200 abgeleitet und im Voraus in den Verhältnisausdrucksdaten 131 des Speichers 130 gespeichert.
In Gleichung 2 werden die Konstanten a und c in jeder Art der Energiespeichervorrichtung 200 berechnet.
Bei der Verarbeitung, bei der das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 abschätzt, ermittelt die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 den Verhältnisausdruck, der durch die Gleichung 2 (S102 in 6) gegeben ist. Das heißt, die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt den Verhältnisausdruck, in dem der Widerstandswert der Energiespeichervorrichtung 200 proportional zu der Exponentialfunktion ist, die eine Variable hat, bei der die akkumulierte Nutzungsperiode mit der vorbestimmten Konstanten multipliziert wird. Insbesondere ermittelt die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 den Verhältnisausdruck gemäß der Art der Energiespeichervorrichtung 200 durch Bezugnahme auf die Verhältnisausdrucksdaten 131, die in dem Speicher 130 gespeichert sind.
Ähnlich zu der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110a der ersten Abänderung kann die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 den Verhältnisausdruck durch Analysieren der über die Zeit erfolgenden Änderung des Widerstandswertes der Energiespeichervorrichtung 200 berechnen und ermitteln. Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 kann den Verhältnisausdruck ermitteln, indem sie den Verhältnisausdruck berechnet, bei dem der Widerstandswert proportional zu der Exponentialfunktion ist, die über die Variable verfügt, bei der die akkumulierte Nutzungsperiode mit der vorbestimmten Konstanten multipliziert wird.
Da bei der zweiten Abänderung im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform die Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode nicht existiert, ist es für die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 nicht notwendig, den unterschiedlichen Verhältnisausdruck in der Verhältnisausdrucks-Nicht-Ermittlungsperiode zu ermitteln.
Die Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120 schätzt die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 mit Hilfe des Verhältnisausdrucks ab, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 bezogen wird (S104 in 6). Die Restlebensdauer-Abschätzverarbeitung, die von der Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120 ausgeführt wird, ist ähnlich der Verarbeitung der Ausführungsform in 7.
Der Effekt, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 gemäß der zweiten Abänderung erhält, wird im Folgenden beschrieben. Dass das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 korrekt abschätzt, wird insbesondere beschrieben.
Die Lithiumionen-Sekundärbatterie (Batterie A und Batterie B) die in dem folgenden speziellen Beispiel verwendet wird, umfasst eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und ein Trockenelektrolyt. Ein positives Gemisch ist auf einer Aluminiumfolie des positiven Kollektors ausgebildet, wodurch die positive Elektrode aufgebaut ist. Das positive Gemisch umfasst das positive aktive Material, Polyvinylfluorid als ein Bindemittel und Acetylenruß als ein leitfähiges Material. Das positive aktive Material ist ein Gemisch eines geschichtet aufgebauten Lithiumübergangsmetalloxids, das durch LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ ausgedrückt ist, und eines spinellartigen Lithiummanganoxids. Ein negatives Gemisch ist auf einer Kupferfolie des negativen Kollektors ausgebildet, wodurch die negative Elektrode aufgebaut ist. Das negative Gemisch umfasst Graphitkohlenstoffmaterial als das negative aktive Material und Polyvinylidenflourid als das Bindemittel. Die Batterie A und die Batterie B unterscheiden sich voneinander in einem Partikeldurchmesser und einem speziellen Oberflächenbereich des positiven aktiven Materials.
14 bis 17 sind Ansichten, die den Effekt darstellen, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 gemäß der zweiten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält. Insbesondere ist 14 eine Ansicht, die einen Effekt veranschaulicht, dem man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 erhält, wenn die Energiespeichervorrichtung 200 die Batterie A ist, wobei der Widerstandswert R der Gleichstromwiderstand ist, und 15 ist eine Ansicht, die einen Effekt veranschaulicht, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 erhält, wenn die Energiespeichervorrichtung 200 die Batterie A ist, wobei der Widerstandswert R der Wechselstromwiderstand ist. 16 ist eine Ansicht, die einen Effekt zeigt, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 erhält, wenn die Energiespeichervorrichtung 200 die Batterie B ist, wobei der Widerstandswert R der Gleichstromwiderstand ist, und 17 ist eine Ansicht, die einen Effekt veranschaulicht, den man durch das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 erhält, wenn die Energiespeichervorrichtung 200 die Batterie B ist, wobei der Widerstandswert R der Wechselstromwiderstand ist.
Wie es in 14 gezeigt ist, wurde der 45°C-1C-Zyklusversuch an der Batterie A ausgeführt, um den Verhältnisausdruck zu berechnen, der durch die Gleichung 2 gegeben ist. Insbesondere wurde der Exponentialgesetz-Verhältnisausdruck R = f(t) aus dem Übergang des Widerstandswertes R des Gleichstromwiderstandes in dem Bereich von 0 Zyklen (t₀ in 14) bis 300 Zyklen (t₁ in 14) berechnet. Als Ergebnis erhält man den Verhältnisausdruck R = 121,8 × exp(6,467 × 10^–4 × t).
Da man R₁ = 149,7 mΩ für t₁ = 300 Zyklen erhielt, wurde der erste Widerstandswert der Batterie A zu dem ersten Zeitpunkt auf R₁ = 149,7 mΩ gesetzt und die erste akkumulierte Nutzungsperiode auf t₁ = 300 Zyklen gesetzt. Der zweite Widerstandswert der Batterie A zu dem zweiten Zeitpunkt (Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt) wurde auf R₂ = 424,4 mΩ eingestellt, und die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ wird aus t₂ = f¹(R₂) berechnet. Als Ergebnis wird die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ = 1.930 Zyklen berechnet.
Somit wurde die Restlebensdauer T als T = t₂ – t₁ = 1.630 Zyklen berechnet. Da der gemessene Wert 1.700 Zyklen war, stimmte an diesem Punkt die Restlebensdauer T, die mit Hilfe des Exponentialgesetz-Verhältnisausdrucks R = f(t) berechnet wurde, mit dem gemessenen Wert überein.
Die Restlebensdauer wurde als Vergleichsbeispiel durch ein herkömmliches Verfahren vorhergesagt. Insbesondere erhielt man auf der Basis des Ergebnisses der Widerstandswerte R von 0 Zyklen bis 300 Zyklen eine Prädiktionsformel unter der Voraussetzung, dass das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert R und der Zahl der Zyklen (1) dem Lineargesetz (2) dem Wurzelgesetz und (3) dem 1,52-Ordnungsgesetz entsprach. Jede Prädiktionsformel lautet wie folgt:

(1) Lineargesetz R = 0,121 × t + 115,2
(2) Wurzelgesetz R = 2,19 × t^1/2 + 110,3
(3) 1,52-Ordnungsgesetz R = 5,77 × 10^–3 × t^1,52 + 118,5

Ähnlich dem Exponentialgesetz, das t₁ = 300 Zyklen definiert, wurde t₂ als Lebensdauer berechnet, wenn der Widerstandswert R₂ = 424,4 mΩ erreicht, wodurch die Restlebensdauer T = t₂ – t₁ berechnet wurde. Die Berechnungsergebnisse der Restlebensdauer T waren (1) 2.243 Zyklen, (2) 20.160 Zyklen und (3) 982 Zyklen für (1) das Lineargesetz, (2) das Wurzelgesetz bzw. (3) das 1,52-Ordnungsgesetz.
Daher wurden, wie in 14B gezeigt, die Differenzen zwischen den Restlebensdauern T und 1.700 Zyklen des gemessenen Wertes zu (1) +543 Zyklen, (2) +18.460 Zyklen und (3) –718 Zyklen für (1) das Lineargesetz, (2) das Wurzelgesetz bzw. (3) das 1,52-Ordnungsgesetz. Wie es oben erläutert wurde, kann das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 der zweiten Abänderung die Restlebensdauer mit extrem hoher Genauigkeit im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren abschätzen.
Wie es in 15 gezeigt ist, wurde anschließend der 45°C-1C-Zyklusversuch an der Batterie A ausgeführt, um den Exponentialgesetz-Verhältnisausdruck R = f(t) aus dem Übergang des Widerstandswertes R des Wechselstromwiderstandes in dem Bereich von 0 Zyklen (t₀ in 15) bis 300 Zyklen (t₁ in 15) zu berechnen. Als Ergebnis erhält man den Verhältnisausdruck R = 83,9 × exp(6,410 × 10^–4 × t).
Da man R₁ = 104,9 mΩ für t₁ = 300 Zyklen erhielt, wurde der erste Widerstandswert der Batterie A zu dem ersten Zeitpunkt auf R₁ = 104,9 mΩ gesetzt und die erste akkumulierte Nutzungsperiode auf t₁ = 300 Zyklen gesetzt. Der zweite Widerstandswert der Batterie A zu dem zweiten Zeitpunkt (Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt) wurde auf R₂ = 291,2 mΩ eingestellt, und die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ wird aus t₂ = f^–1(R₂) berechnet. Als Ergebnis wird die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ = 1.941 Zyklen berechnet.
Somit wurde die Restlebensdauer T als T = t₂ – t₁ = 1.641 Zyklen berechnet. Da der gemessene Wert 1.700 Zyklen war, stimmte an diesem Punkt die Restlebensdauer T, die mit Hilfe des Exponentialgesetz-Verhältnisausdrucks R = f(t) berechnet wurde, mit dem gemessenen Wert überein.
Anschließend erhielt man die Prädiktionsformel als ein Vergleichsbeispiel in Bezug auf (1) das Lineargesetz, (2) das Wurzelgesetz und (3) das 1,52-Ordnungsgesetz. Jede Prädiktionsformel ist wie folgt.

(1) Lineargesetz R = 0,147 × t + 63,9
(2) Wurzelgesetz R = 2,77 × t^1/2 + 56,9
(3) 1,52-Ordnungsgesetz R = 6,87 × 10^–3 × t^1,52 + 68,1

Ähnlich dem Exponentialgesetz, das t₁ = 300 Zyklen definiert, wurde t₂ als Lebensdauer berechnet, wenn der Widerstandswert R₂ = 291,2 mΩ erreicht, wodurch die Restlebensdauer T = t₂ – t₁ berechnet wurde. Das Berechnungsergebnis der Restlebensdauer T waren (1) 1.246 Zyklen, (2) 6.834 Zyklen und (3) 629 Zyklen für (1) das Lineargesetz, (2) das Wurzelgesetz bzw. (3) das 1,52-Ordnungsgesetz, wobei die Differenzen zwischen den Restlebensdauern T und 1.700 Zyklen des gemessenen Wertes zu (1) –454 Zyklen, (2) +5.134 Zyklen bzw. (3) –1.071 Zyklen wurden. Wie es oben erläutert wurde, kann das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 der zweiten Abänderung die Restlebensdauer mit extrem hoher Genauigkeit im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren abschätzen.
Wie es in 16 gezeigt ist, wurde anschließend der 45°C-1C-Zyklusversuch an der Batterie B ausgeführt, um den Exponentialgesetz-Verhältnisausdruck R = f(t) aus dem Übergang des Widerstandswertes R des Gleichstromwiderstandes in dem Bereich von 0 Zyklen (t₀ in 16) bis 300 Zyklen (t₁ in 16) zu berechnen. Als Ergebnis erhält man den Verhältnisausdruck R = 101,7 × exp(2,875 × 10^–4 × t).
Da man R₁ = 112,1 mΩ für t₁ = 300 Zyklen erhielt, wurde der erste Widerstandswert der Batterie B zu dem ersten Zeitpunkt auf R₁ = 112,1 mΩ gesetzt und die erste akkumulierte Nutzungsperiode auf t₁ = 300 Zyklen gesetzt. Der zweite Widerstandswert der Batterie B zu dem zweiten Zeitpunkt (Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt) wurde auf R₂ = 180 mΩ eingestellt, und die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ wird aus t₂ = f^–1(R₂) berechnet. Als Ergebnis wird die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ = 1.985 Zyklen berechnet.
Somit wurde die Restlebensdauer T als T = t₂ – t₁ = 1.685 Zyklen berechnet. Da der gemessene Wert 1.700 Zyklen war, stimmte an diesem Punkt die Restlebensdauer T, die mit Hilfe des Exponentialgesetz-Verhältnisausdrucks R = f(t) berechnet wurde, mit dem gemessenen Wert überein.
Anschließend erhielt man die Prädiktionsformel als ein Vergleichsbeispiel in Bezug auf (1) das Lineargesetz, (2) das Wurzelgesetz und (3) das 1,52-Ordnungsgesetz. Jede Prädiktionsformel ist wie folgt.

(1) Lineargesetz R = 0,047 × t + 100,0
(2) Wurzelgesetz R = 0,902 × t^1/2 + 97,5
(3) 1,52-Ordnungsgesetz R = 2,11 × 10^–3 × t^1,52 + 101,4

Ähnlich dem Exponentialgesetz, das t₁ = 300 Zyklen definiert, wurde t₂ als Lebensdauer berechnet, wenn der Widerstandswert R₂ = 180 mΩ erreicht, wodurch die Restlebensdauer T = t₂ – t₁ berechnet wurde. Das Berechnungsergebnis der Restlebensdauer T war (1) 1.402 Zyklen, (2) 8.084 Zyklen und (3) 717 Zyklen für (1) das Lineargesetz, (2) das Wurzelgesetz bzw. (3) das 1,52-Ordnungsgesetz, wobei die Differenzen zwischen den Restlebensdauern T und 1.700 Zyklen des gemessenen Wertes zu (1) –298 Zyklen, (2) +6.364 Zyklen bzw. (3) –983 Zyklen wurden. Wie es oben erläutert wurde, kann das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 der zweiten Abänderung die Restlebensdauer mit extrem hoher Genauigkeit im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren abschätzen.
Wie es in 17 gezeigt ist, wurde anschließend der 45°C-1C-Zyklusversuch an der Batterie B ausgeführt, um den Exponentialgesetz-Verhältnisausdruck R = f(t) aus dem Übergang des Widerstandswertes R des Wechselstromwiderstandes in dem Bereich von 0 Zyklen (t₀ in 17) bis 300 Zyklen (t₁ in 17) zu berechnen. Als Ergebnis erhält man den Verhältnisausdruck R = 59,0 × exp(2,811 × 10^–4 × t).
Da man R₁ = 65,5 mΩ für t₁ = 300 Zyklen erhielt, wurde der erste Widerstandswert der Batterie B zu dem ersten Zeitpunkt auf R₁ = 65,5 mΩ gesetzt und die erste akkumulierte Nutzungsperiode auf t₁ = 300 Zyklen gesetzt. Der zweite Widerstandswert der Batterie B zu dem zweiten Zeitpunkt (Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt) wurde auf R₂ = 100,4 mΩ eingestellt, und die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ wird aus t₂ = f^–1(R₂) berechnet. Als Ergebnis wird die zweite akkumulierte Nutzungsperiode t₂ = 1.891 Zyklen berechnet.
Somit wurde die Restlebensdauer T als T = t₂ – t₁ = 1.591 Zyklen berechnet. Da der gemessene Wert 1.700 Zyklen war, stimmte an diesem Punkt die Restlebensdauer T, die mit Hilfe des Exponentialgesetz-Verhältnisausdrucks R = f(t) berechnet wurde, mit dem gemessenen Wert überein.
Anschließend erhielt man die Prädiktionsformel als ein Vergleichsbeispiel jeweils in Bezug auf (1) das Lineargesetz, (2) das Wurzelgesetz und (3) das 1,52-Ordnungsgesetz. Jede Prädiktionsformel ist wie folgt.

(1) Lineargesetz R = 0,05 × t + 52,2
(2) Wurzelgesetz R = 0,811 × t^1/2 + 52,2
(3) 1,52-Ordnungsgesetz R = 2,27 × 10^–3 × t^1,52 + 53,8

Ähnlich dem Exponentialgesetz, das t₁ = 300 Zyklen definiert, wurde t₂ als Lebensdauer berechnet, wenn der Widerstandswert R₂ = 100,4 mΩ erreicht, wodurch die Restlebensdauer T = t₂ – t₁ berechnet wurde. Das Berechnungsergebnis der Restlebensdauer T war (1) 664 Zyklen, (2) 3.232 Zyklen und (3) 387 Zyklen für (1) das Lineargesetz, (2) das Wurzelgesetz bzw. (3) das 1,52-Ordnungsgesetz, wobei die Differenzen zwischen den Restlebensdauern T und 1.700 Zyklen des gemessenen Wertes zu (1) –1.036 Zyklen, (2) +1.532 Zyklen bzw. (3) –1.313 Zyklen wurden. Wie es oben erläutert wurde, kann das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 der zweiten Abänderung die Restlebensdauer mit extrem hoher Genauigkeit im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren abschätzen.
Somit ermittelt das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 gemäß der zweiten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Verhältnisausdruck, bei dem der Widerstandswert proportional zu der Exponentialfunktion ist, die eine Variable hat, bei der die akkumulierte Nutzungsperiode mit einer vorbestimmten Konstante multipliziert wird. Als Ergebnis von Untersuchung und Versuch haben die Erfinder herausgefunden, dass der Verhältnisausdruck, in dem der Widerstandswert proportional zu der Exponentialfunktion ist, die eine Variable hat, bei der die akkumulierte Nutzungsperiode mit einer vorbestimmten Konstanten multipliziert wird, die über die Zeit erfolgende Änderung des Widerstandswertes präzise ausdrückt. Da bei dem Lebensdauer-Abschätzgerät 100 das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode durch den Verhältnisausdruck korrekt angegeben werden kann, kann die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung 200 korrekt abgeschätzt werden.
Alternativ kann, ähnlich zu der Ausführungsform, für den Fall, dass der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, einen positiven Wert annimmt, die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 die akkumulierte Nutzungsperiode auf die Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode einstellen und den Verhältnisausdruck ermitteln, den man aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode erhält. Alternativ kann ähnlich zu der ersten Ausführungsform für den Fall, dass der Wert, bei dem der Widerstandswert durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, einen positiven Wert annimmt, die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 die akkumulierte Nutzungsperiode auf die Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode einstellen und den Verhältnisausdruck ermitteln, den man aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode erhält. Alternativ kann, ähnlich zu der ersten Abänderung, die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 den Verhältnisausdruck durch Berechnen des Verhältnisausdrucks aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode ermitteln.
(Dritte Abänderung)
Eine dritte Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben. In der Ausführungsform schätzt die Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120 die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung mit Hilfe des Verhältnisausdrucks ab, der mit der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt wird, ohne den Verhältnisausdruck zu verändern. Daneben korrigiert bei der dritten Abänderung die Restlebensdauer-Abschätzeinheit den Verhältnisausdruck, um die Restlebensdauer abzuschätzen.
18 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Lebensdauer-Abschätzgerätes 100b gemäß der dritten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 18 gezeigt, umfasst eine Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120b des Lebensdauer-Abschätzgerätes 100b, das in einem Energiespeichersystem 10b enthalten ist, eine Verhältnisausdrucks-Korrektureinheit 124, die den Verhältnisausdruck korrigiert, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt wird. Die Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120b ermittelt die Restlebensdauer mit Hilfe des Verhältnisausdrucks, der von der Verhältnisausdrucks-Korrektureinheit 124 korrigiert wird.
Insbesondere berechnet die Verhältnisausdrucks-Korrektureinheit 124 den Verhältnisausdruck erneut, für den Fall, dass ein Unterschied zwischen dem Widerstandswert der Energiespeichervorrichtung 200 in der akkumulierten Nutzungsperiode, der mit Hilfe des Verhältnisausdrucks berechnet wird, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt wird, und der Widerstandswert, der von der Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121 ermittelt wird, einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Während der realen Verwendung in einem Automobil ermittelt die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 124 beispielsweise das Datenpaar, das der akkumulierten Nutzungsperiode und dem Widerstandswert entspricht, und bestimmt, ob die Differenz den vorbestimmten Wert überschreitet. Wen bestimmt wird, dass die Differenz den vorbestimmten Wert überschreitet, berechnet die Verhältnisausdrucks-Korrektureinheit 124 erneut den Verhältnisausdruck aus der Beziehung zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der akkumulieren Nutzungsperiode, zu dem der Unterschied den vorbestimmten Wert überschreitet.
Insbesondere berechnet die Verhältnisausdrucks-Korrektureinheit 124 den Verhältnisausdruck derart, dass der Widerstandswert durch die Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) (insbesondere das Polynom, das die kubische Funktion umfasst) der akkumulierten Nutzungsperiode gegeben ist. Die Verhältnisausdrucks-Korrektureinheit 124 korrigiert den Verhältnisausdruck durch Schreiben des berechneten Verhältnisausdrucks in die Verhältnisausdrucksdaten 131.
Wie es oben beschrieben wurde, korrigiert das Lebensdauer-Abschätzgerät 100b gemäß der dritten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Verhältnisausdruck, um die Genauigkeit des Verhältnisausdrucks zu verbessern, wodurch die korrekte Abschätzung der Restlebensdauer möglich wird.
(Vierte Abänderung)
Eine vierte Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben. In der Ausführungsform umfasst das Lebensdauer-Abschätzgerät 100 die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110, die Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120 und den Speicher 130, wobei die Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120 die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121, die Periodenermittlungseinheit 122 und die Restlebensdauer-Berechnungseinheit 123 umfasst. Daneben enthält bei der vierten Abänderung das Lebensdauer-Abschätzgerät lediglich die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit und die Restlebensdauer-Abschätzeinheit.
19 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Lebensdauer-Abschätzgerätes 100c gemäß der vierten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das heißt, 19 ist ein Blockschaltbild, das die minimale Konfiguration des Lebensdauer-Abschätzgerätes darstellt.
Wie in 19 dargestellt, umfasst das Lebensdauer-Abschätzgerät 100c, das in dem Energiespeichersystem 10c enthalten ist, eine Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110, die die Funktion hat, die jener der Ausführungsform gleicht, und eine Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120c. Das Lebensdauer-Abschätzgerät 100c schätzt die Restlebensdauer durch Austauschen von Informationen mit dem externen Speicher 130 ab.
Es ist für die Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120c lediglich ausreichend, in der Lage zu sein, die Restlebensdauer mit Hilfe des Verhältnisausdrucks abzuschätzen, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 ermittelt wird, wobei die Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120c nicht unbedingt die Widerstandswert-Ermittlungseinheit 121, die Periodenermittlungseinheit 122 und die Restlebensdauer-Berechnungseinheit 123 umfasst, wie dies bei der Ausführungsform der Fall ist. Das heißt, das Lebensdauer-Abschätzgerät kann wenigstens die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit und die Restlebensdauer-Abschätzeinheit umfassen.
Auf diese Weise kann man den Effekt ähnlich der Ausführungsform durch das Lebensdauer-Abschätzgerät 100c gemäß der vierten Abänderung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten.
Wenngleich das Lebensdauer-Abschätzgerät und das Energiespeichersystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ihrer Abänderungen oben beschrieben sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform und die Abänderungen beschränkt. Es wird darauf hingewiesen, dass die offenbarte Ausführungsform und die Abänderungen lediglich beispielhaft und nicht einschränkend dargestellt sind.
Der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die oben erfolgte Beschreibung, sondern durch die Ansprüche angegeben, wobei die Bedeutungen, die äquivalent zu den Ansprüchen sind, und sämtliche Änderungen innerhalb der Ansprüche ebenfalls in der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
Bei der Ausführungsform sowie der ersten, dritten und vierten Abänderung ermittelt die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit den Verhältnisausdruck, bei dem der Widerstandswert der Energiespeichervorrichtung 200 durch das Polynom gegeben ist, das die kubische Funktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst. Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit kann den Verhältnisausdruck ermitteln, in dem der Widerstandswert durch ein Polynom gegeben ist, das eine Funktion N-ten Grades (N ≥ 4) der akkumulierten Nutzungsperiode ist, ohne die kubische Funktion einzuschließen. Die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit kann einen Verhältnisausdruck ermitteln, der nicht das Polynom sondern lediglich ein Term ist. Das heißt, für die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit ist es lediglich erforderlich, den Verhältnisausdruck zu ermitteln, in dem der Widerstandswert durch die Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) der akkumulierten Nutzungsperiode gegeben ist. Daher kann der Verhältnisausdruck, der in der Lage ist, den Zustand auszudrücken, in dem der Widerstand exponential mit dem Verlauf der akkumulierten Nutzungsperiode zunimmt, ähnlich der Ausführungsform und den Abänderungen eingestellt werden.
Normalerweise ist der Prozessor, der in dem Lebensdauer-Abschätzgerät der vorliegenden Erfindung enthalten ist, als LSI (Large-Scale-Integration) eines integrierten Schaltkreises ausgeführt. Das heißt, die vorliegende Erfindung ist beispielsweise als ein integrierter Schaltkreis 101 ausgeführt, der die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit 110 und die Restlebensdauer-Abschätzeinheit 120 umfasst, wie es in 20 gezeigt ist. 20 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration zeigt, bei der das Lebensdauer-Abschätzgerät gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem integrierten Schaltkreis aufgebaut ist.
Die Prozessoren, die in dem integrierten Schaltkreis 101 enthalten sind, können separat zu einem Chip ausgebildet sein, oder es können einige oder sämtliche Prozessoren zu einem Chip ausgebildet sein.
Wenngleich der integrierte Schaltkreis aus 20 mit dem LSI aufgebaut ist, wird der integrierte Schaltkreis bisweilen als IC, ein System-LSI, ein Super-LSI und ein Ultra-LSI gemäß dem Grad der Integration bezeichnet.
Die Technik für die Ausbildung des integrierten Schaltkreises ist nicht auf LSI beschränkt, wobei der integrierte Schaltkreis als ein dedizierter Schaltkreis oder ein Prozessor für allgemeine Zwecke hergestellt sein kann. Eine FPGA (Field Programmable Gate Array), die nach der Herstellung des LSI programmierbar ist, oder ein rekonfigurierbarer Prozessor, bei dem der Anschluss oder die Verbindung einer Schaltkreiszelle in dem LSI rekonfiguriert werden kann, können als integrierter Schaltkreis verwendet werden.
Wen das LSI durch eine neue oder derivative Technik mit dem Fortschritt der Halbleitertechnik ersetzt wird, kann der Funktionsblock mit Hilfe dieser Technik integriert werden. Biotechnik kann auf den integrierten Schaltkreis angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann nicht nur als das Lebensdauer-Abschätzgerät eingesetzt werden, sondern die vorliegende Erfindung kann zudem als Lebensdauer-Abschätzverfahren eingesetzt werden, das die charakteristische Verarbeitung umfasst, die von dem Lebensdauer-Abschätzgerät ausgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung kann zudem als Programm ausgeführt sein, das einen Computer veranlasst die, die charakteristische Verarbeitung auszuführen, die in dem Lebensdauer-Abschätzverfahren enthalten ist, oder als nicht-transientes Aufzeichnungsmedium, wie etwa eine CD-ROM, auf der das Programm aufgezeichnet ist. Das Programm kann durch ein Aufzeichnungsmedium, wie etwa die CD-ROM und ein Übertragungsmedium, wie etwa das Internet, verteilt werden.
Es wird darauf hingewiesen, das der Modus, der aus einer beliebigen Kombination der Ausführungsform und der Abänderungen aufgebaut ist, in dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Beispielsweise kann die dritte Abänderung in der ersten Abänderung vorgenommen werden, oder die dritte und vierte Abänderung können in der zweiten Abänderung vorgenommen werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann in dem Lebensdauer-Abschätzgerät verwendet werden, das die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung korrekt abschätzen kann.
Bezugszeichenliste

10, 10a, 10b, 10c: Energiespeichersystem
100, 100a, 100b, 100c: Lebensdauer-Abschätzgerät
101: Integrierter Schaltkreis
110, 110a: Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit
111: Verhältnisausdrucks-Berechnungseinheit
120, 120b, 120c: Restlebensdauer-Abschätzeinheit
121: Widerstandswert-Ermittlungseinheit
122: Periodenermittlungseinheit
123: Restlebensdauer-Berechnungseinheit
124: Verhältnisausdrucks-Korrektureinheit
130: Speicher
131: Verhältnisausdrucksdaten
132: Energiespeichervorrichtungsdaten
200: Energiespeichervorrichtung
300: Aufnahmegehäuse

Claims

Lebensdauer-Abschätzgerät, das eine Restlebensdauer abschätzt, die Teil einer nutzbaren akkumulierten Restperiode einer Energiespeichervorrichtung ist, wobei das Lebensdauer-Abschätzgerät umfasst: eine Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit, die einen Verhältnisausdruck ermittelt, bei dem ein Widerstandswert eines Gleichstromwiderstandes oder eines Wechselstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung zu einem vergangenen Zeitpunkt der akkumulierten Nutzungsperiode, der Teil eines akkumulierten Wertes einer Nutzungsperiode der Energiespeichervorrichtung ist, durch einen Ausdruck gegeben ist, der einen Term einer Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) oder eine Exponentialfunktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst; und eine Restlebensdauer-Abschätzeinheit, die die Restlebensdauer mit Hilfe des ermittelten Verhältnisausdrucks abschätzt.
Lebensdauer-Abschätzgerät nach Anspruch 1, bei dem die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit den Verhältnisausdruck ermittelt, bei dem der Widerstandswert durch ein Polynom gegeben ist, das die kubische Funktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst.
Lebensdauer-Abschätzgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem, wenn ein Wert, bei dem der Widerstandswert in dem Verhältnisausdruck durch die akkumulierte Nutzungsperiode zwei mal differenziert wird, einen positiven Wert annimmt, die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit die akkumulierte Nutzungsperiode auf eine Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode setzt und den Verhältnisausdruck ermittelt, den man aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode erhält.
Lebensdauer-Abschätzgerät nach Anspruch 3, bei dem die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit den Verhältnisausdruck durch Berechnen des Verhältnisausdrucks aus dem Verhältnis zwischen dem Widerstandswert und der akkumulierten Nutzungsperiode bis zu dem vergangenen Zeitpunkt der Verhältnisausdrucks-Ermittlungsperiode ermittelt.
Lebensdauer-Abschätzgerät nach Anspruch 1, bei dem die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit den Verhältnisausdruck ermittelt, bei dem der Widerstandswert proportional zu der Exponentialfunktion ist, die eine Variable hat, bei der die akkumulierte Nutzungsperiode mit einer vorbestimmten Konstanten multipliziert wird.
Lebensdauer-Abschätzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Restlebensdauer-Abschätzeinheit umfasst: eine Widerstandswert-Ermittlungseinheit, die einen ersten Widerstandswert und einen zweiten Widerstandswert ermittelt, wobei der erste Widerstandswert der Widerstandswert zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ist und der zweite Widerstandswert der Widerstandswert zu einem Lebensdauer-Ablaufszeitpunkt der Energiespeichervorrichtung ist; eine Periodenermittlungseinheit, die eine erste akkumulierte Nutzungsperiode und eine zweite akkumulierte Nutzungsperiode ermittelt, wobei die erste akkumulierte Nutzungsperiode die akkumulierte Nutzungsperiode in dem ersten Widerstandswert ist und aus dem Verhältnisausdruck bezogen wird und die zweite akkumulierte Nutzungsperiode die akkumulierte Nutzungsperiode in dem zweiten Widerstandswert ist und aus dem Verhältnisausdruck bezogen wird; und eine Restlebensdauer-Berechnungseinheit, die die Restlebensdauer der Energiespeichervorrichtung ab dem vorbestimmten Zeitpunkt durch Subtrahieren der ersten akkumulierten Nutzungsperiode von der zweiten akkumulierten Nutzungsperiode berechnet.
Lebensdauer-Abschätzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Restlebensdauer-Abschätzeinheit weiterhin eine Verhältnisausdrucks-Korrektureinheit umfasst, die den Verhältnisausdruck korrigiert, der von der Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit ermittelt wird, wobei die Restlebensdauer mit Hilfe des korrigierten Verhältnisausdrucks abgeschätzt wird.
Lebensdauer-Abschätzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Energiespeichervorrichtung eine Lithiumionen-Sekundärbatterie ist, die ein geschichtet aufgebautes Lithiumübergangsmetalloxid als ein positives aktives Material umfasst, wobei die Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit den Verhältnisausdruck für die Lithiumionen-Sekundärbatterie ermittelt; und die Restlebensdauer-Abschätzeinheit die Restlebensdauer der Lithiumionen-Sekundärbatterie abschätzt.
Energiespeichersystem, das umfasst: eine Energiespeichervorrichtung; und das Lebensdauer-Abschätzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das dazu eingerichtet ist, die Restlebensdauer abzuschätzen, die Teil der nutzbaren akkumulierten Restperiode der Energiespeichervorrichtung ist.
Lebensdauer-Abschätzverfahren, bei dem ein Computer eine Restlebensdauer abschätzt, die Teil einer nutzbaren akkumulierten Restperiode einer Energiespeichervorrichtung ist, wobei das Lebensdauer-Abschätzverfahren umfasst: Ermitteln eines Verhältnisausdrucks, bei dem ein Widerstandswert eines Gleichstromwiderstandes oder eines Wechselstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung zu einem vergangenen Zeitpunkt der akkumulierten Nutzungsperiode, der Teil eines akkumulierten Wertes einer Nutzungsperiode der Energiespeichervorrichtung ist, durch einen Ausdruck gegeben ist, der einen Term einer Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) oder eine Exponentialfunktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst; und Abschätzen der Restlebensdauer mit Hilfe des ermittelten Verhältnisausdrucks.
Integrierter Schaltkreis, der eine Restlebensdauer abschätzt, die Teil einer nutzbaren akkumulierten Restperiode einer Energiespeichervorrichtung ist, wobei der integrierte Schaltkreis umfasst: eine Verhältnisausdrucks-Ermittlungseinheit, die einen Verhältnisausdruck ermittelt, bei dem ein Widerstandswert eines Gleichstromwiderstandes oder eines Wechselstromwiderstandes der Energiespeichervorrichtung zu einem vergangenen Zeitpunkt der akkumulierten Nutzungsperiode, der Teil eines akkumulierten Wertes einer Nutzungsperiode der Energiespeichervorrichtung ist, durch einen Ausdruck gegeben ist, der einen Term einer Funktion N-ten Grades (N ≥ 3) oder eine Exponentialfunktion der akkumulierten Nutzungsperiode umfasst; und eine Restlebensdauer-Abschätzeinheit, die die Restlebensdauer mit Hilfe des ermittelten Verhältnisausdrucks abschätzt.