DE112016006872T5

DE112016006872T5 - Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie und Leistungsspeichersystem

Info

Publication number: DE112016006872T5
Application number: DE112016006872.7T
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Yoshida; Sho Shiraga; Satoshi Hara; Yuruki Okada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2019-02-14
Also published as: JP6385620B2; WO2017199326A1; US10763554B2; JPWO2017199326A1; US20190148796A1

Abstract

Ein Verminderte-Kapazitäts-Berechner (11) berechnet eine verminderte Kapazität, die eine Kapazität ist, die von der Kapazität einer Zelle (2) in ihrem initialen Zustand herabgesetzt ist. Einen Gasmengenberechner (12) berechnet eine Gasmenge, die in einem Behälter für die Zelle (2) enthalten ist, aus der verminderten Kapazität Ein Druckberechner (13) berechnet einen Druck innerhalb des Behälters für die Zelle (2) aus der Gasmenge, einem Volumen eines Hohlvolumens des Behälters für die Zelle (2) und der Temperatur der Zelle (2). Ein Drucküberwacher (14) gibt ein Regelungssignal zum Stoppen eines Ladens oder Entladens der Batterie (3) aus, wenn der Druck innerhalb des Behälters für zumindest irgendeine Zelle (2) gleich oder größer als ein Schwellwertdruck ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie zum Erfassen eines Druckanstiegs in einem Behälter für eine Zelle, die in einer wiederaufladbaren Batterie und einem Leistungsspeichersystem vorhanden ist.
Hintergrund
Während des Ladens oder Entladens einer wiederaufladbaren Batterie kann Gas in einem Behälter für eine Zelle auftreten, die in der wiederaufladbaren Batterie vorhanden ist, abhängig von Bedingungen zum Nutzen der wiederaufladbaren Batterie, und daher bewirken, dass der Druck in dem Behälter ansteigt. Wenn der Druck in dem Behälter einen Druck erreicht, der eine Aktivierung eines Sicherheitsventils bewirkt, das für den Behälter bereitgestellt ist, wird das Sicherheitsventil aktiviert, was wiederum das Gas aus dem Behälter nach außen auslässt. Als Ergebnis kann ein Platzen des Behälters für die Zelle vermieden werden. Da jedoch das durch den Betrieb des Sicherheitsventils ausgelassene Gas brennbarer Elektrolytdampf ist, kann das Gas die menschliche Gesundheit beeinflussen und kann entzünden. Daher ist es wünschenswert, ein Laden oder Entladen der wiederaufladbaren Batterie vor dem Aktivieren des Sicherheitsventils zu stoppen.
Ein in Patentliteratur 1 offenbartes Batteriepack weist Zellen auf und bestimmt, ob eine Dilatation der Zellen auftritt durch Erfassen eines Kontakts zwischen Leitern, die an Hauptwänden der Zellengehäuse für die Zellen platziert sind. Eine Elektrofahrzeugregelungseinrichtung, die in Patentliteratur 2 offenbart ist, misst einen Innendruck einer Sekundärbatterie mit einem Sensor, und in dem Fall, in dem der Innendruck größer als ein Schwellwertdruck ist, zeigt die Elektrofahrzeugregelungseinrichtung Information über das Auftreten einer Fehlfunktion der Batterie an und verbietet die Sekundärbatterie zu laden und hält einen Motor an. Eine Batterieladeregelungseinrichtung, die in Patentliteratur 3 offenbart ist, erfasst einen Druckanstieg in einem Behälter basierend auf einem Signal, das von dem Spannungssensor ausgegeben wird, der für den Behälter bereitgestellt ist, der die Zellen aufweist.
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Kokai, Veröffentlichungsnr. 2015-115219
Patentliteratur 2: Japanisches Patent Nr. 5793957
Patentliteratur 3: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Kokai,Veröffentlichungsnr. 2010-011619

Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Ein großformatiges Leistungsspeichersystem, das auf einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug oder einem Schienenfahrzeug montiert ist, ist mit einer wiederaufladbaren Batterie ausgestattet, die mehrere zehn oder hunderte von Zellen aufweist. Daher, in einem Fall der Nutzung der Techni, die in Patentliteratur 1 offenbart sind, besteht ein Bedarf zum Bereitstellen eines Leistungsspeichersystems mit einer großen Anzahl von Leitern, was in einer komplizierten Struktur des Systems resultiert. Des Weiteren, zum Zwecke des Verkleinerns eines Leistungsspeichersystems, besteht ein Bedarf zum Anordnen der Zellen so nah aneinander wie möglich. Daher, in dem Fall, in dem Leiter in einem Leistungsspeichersystem platziert sind, auf eine Weise wie in Patentliteratur 1 offenbart ist, besteht ein Bedarf zum genauen Platzieren der Leiter um zu vermeiden, dass die Leiter in Kontakt miteinander in einer normalen Situation kommen, in der die Zellen sich nicht ausdehnen, was Schwierigkeiten beim Herstellen des Systems bewirkt. Des Weiteren besteht in der Elektrofahrzeugregelungseinrichtung, die in Patentliteratur 2 offenbart ist, und in der Batterieladeregelungseinrichtung, die in Patentliteratur 3 offenbart ist, ein Bedarf zum Bereitstellen der Einrichtungen mit einer großen Anzahl von Sensoren gemäß einer großen Anzahl von Zellen, was in einer Komplexität der Strukturen der Einrichtungen resultiert.
Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht um die voranstehenden Probleme zu beseitigen und ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Struktur zum Erfassen eines Druckanstiegs in einem Behälter für eine Zelle zu vereinfachen, die in einer wiederaufladbaren Batterie vorhanden ist.
Lösung des Problems
Um die voranstehende Aufgabe zu erreichen, weist eine Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Verminderte-Kapazitäts-Berechner, einen Gasmengenberechner, einen Druckberechner und einen Drucküberwacher auf. Der Verminderte-Kapazitäts-Berechner berechnet, aus Spannungen und Strömen von Zellen, die in einer wiederaufladbaren Batterie vorhanden sind, verminderte Kapazitäten, die Kapazitäten sind, durch die Kapazitäten der Zellen, die in einem initialen Zustand sind, vermindert sind. Der Gasmengenberechner berechnet, aus den verminderten Kapazitäten, die durch den Verminderte-Kapazitäts-Berechner berechnet sind, Gasmengen, die in Behältern für die Zellen enthalten sind. Der Druckberechner berechnet einen Druck innerhalb der Behälter, aus durch den Gasmengenberechner berechneten Mengen, einem Hohlvolumen der Behälter für die Zellen und Temperaturen der Zellen. Der Drucküberwacher gibt ein Regelungssignal zum Stoppen eines Ladens oder Entladens der wiederaufladbaren Batterie aus, wenn ein Druck innerhalb eines Behälters, der durch den Druckberechner berechnet wird, gleich oder größer als ein Schwellwertdruck in Bezug auf mindestens eine der Zellen ist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Struktur zum Erfassen eines Druckanstiegs in einem Behälter für eine Zelle, der in einer wiederaufladbaren Batterie vorhanden ist, durch Berechnen einer Gasmenge, die in dem Behälter enthalten ist, aus einer verminderten Kapazität, und dann dem Berechnen eines Drucks des Innenraums des Behälters aus der Gasmenge vereinfacht werden.
Figurenliste

1 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Leistungsspeichersystems gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 zeigt eine Zeichnung, die ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen einem Druck innerhalb eines Behälters und einer Menge von Gassubstanz in dem Behälter in Ausführungsform 1;
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs eines Prozesses zum Schützen einer wiederaufladbaren Batterie zeigt, der durch eine Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie gemäß Ausführungsform 1 ausgeführt wird;
4 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Leistungsspeichersystems gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung darstellt;
5 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel einer Verteilung von Arten von in einem Behälter enthaltenem Gas zu der Zeit darstellt, wenn ein Überladetest in Ausführungsform 2 geendet hat;
6 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen Spannung und Menge von Elektrizität darstellt, während der Überladetest in Ausführungsform 2 ausgeführt wird;
7 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Prozedur zum Berechnen eines Verhältnisses zwischen einer verminderten Kapazität und einer Gasmenge darstellt, die in dem Behälter in Ausführungsform 2 enthalten ist; und
8 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs eines Prozesses zum Schützen einer wiederaufladbaren Batterie darstellt, der durch eine Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie gemäß Ausführungsform 2 durchgeführt wird.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hiernach im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Komponenten die ähnlich oder gleich sind, sind dieselben Bezugszeichen durch Zeichnungen zugewiesen.
(Ausführungsform 1)
1 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Leistungsspeichersystems gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung darstellt. Ein Leistungsspeichersystem 1 weist eine wiederaufladbare Batterie 3 auf, die mindestens eine Zelle 2 aufweist, eine Lade-Entlade-Regelungseinrichtung 4 zum Regeln eines Ladens und Entladens der wiederaufladbaren Batterie 3, ein Spannungsdetektor 5 zum Detektieren einer Spannung der Zelle 2, einen Stromdetektor 6 zum Detektieren eines Stroms der Zelle 2, einen Temperaturdetektor 7 zum Detektieren einer Temperatur der Zelle 2 und eine Schutzvorrichtung 10 für eine wiederaufladbare Batterie zum Ausgeben eines Regelungssignals zum Stoppen eines Ladens oder eines Entladens der wiederaufladbaren Batterie 3, wenn ein Druck innerhalb eines Behälters für die mindestens eine Zelle 2 gleich oder größer als ein Schwellwertdruck ist. Die Lade-Entlade-Regelungseinrichtung 4 lädt die wiederaufladbare Batterie 3 unter Nutzung von Leistung, die von einem Leistungsgenerator 21 zugeführt ist und bewirkt, dass die wiederaufladbare Batterie 3 sich entlädt zum Zuführen der entladenen Elektrizität an einen elektrischen Motor 22. Die Lade-Entlade-Regelungseinrichtung 4 stoppt ein Laden oder Entladen der wiederaufladbaren Batterie 3, wenn die Lade-Entlade-Regelungseinrichtung 4 von der Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie 10 ein Regelungssignal zum Stoppen eines Ladens oder Entladens der wiederaufladbaren Batterie 3 empfängt.
In dem in 1 dargestellten Beispiel, obwohl die wiederaufladbare Batterie 3 Zellen 2 aufweist, die elektrisch miteinander verbunden sind, kann die wiederaufladbare Batterie 3 eine einzelne Zelle 2 aufweisen. Jede der Zellen 2 ist mit dem Spannungsdetektor 5 versehen. In Bezug auf jede Zelle 2 kann der Temperaturdetektor 7, als eine Temperatur der Zelle 2, eine Temperatur erfassen, die durch einen Temperatursensor detektiert ist, der an der Außenseite eines Behälters für die Zelle 2 bereitgestellt ist, oder, alternativ, kann der Temperaturdetektor 7 eine Temperatur jeder der Zellen 2 abschätzen aus (i) einer durch einen Temperatursensor detektierten Temperatur, der für eine Zelle 2 bereitgestellt ist, die in dem Zentralabschnitt des Innenraums eines Gehäuses der wiederaufladbaren Batterie 3 angeordnet ist; und (ii) einer durch einen Temperatursensor erfassten Temperatur, der für eine Zelle 2 in einem peripheren Abschnitt des Innenraums des Gehäuses bereitgestellt ist. Des Weiteren kann der Temperaturdetektor 7 als eine Temperatur der Zelle 2 dem Durchschnitt von oder dem Median von Temperaturen erfassen, die durch Temperatursensoren detektiert sind.
Die Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie 10 weist einen Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11 auf zum Berechnen einer verminderten Kapazität, die eine Kapazität ist, um die eine Kapazität einer Zelle 2, die in einem initialen Zustand ist, verringert ist, einen Gasmengenberechner 12 zum Berechnen einer in dem Behälter für die Zelle 2 enthaltenen Gasmenge, ein Druckberechner 13 zum Berechnen eines Drucks des Innenraums des Behälters und eines Drucküberwachers 14 zum Ausgeben eines Regelungssignals zum Stoppen eines Ladens oder Entladens der wiederaufladbaren Batterie 3, wenn ein durch den Druckberechner 13 berechneter Druck gleich oder größer als der Schwellwertdruck in Bezug auf mindestens eine Zelle 2 ist. Der Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11, der Gasmengenberechner 12, der Druckberechner 13 und der Drucküberwacher 14 weisen jeweils auf: einen Prozessor, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen internen Speicher und Ähnliches aufweist; und einen Speicher, der einen Zufallszugangsspeicher (engl. random access memory; RAM), einen Flash-Speicher und Ähnliches aufweist. Der Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11, der Gasmengenberechner 12, der Druckberechner 13 und der Drucküberwacher 14 führen jeweils ein Regelungsprogramm aus, das in dem Speicher gespeichert ist um verschiedene Vorgänge auszuführen und ein Regelungssignal auszugeben.
Der Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11 berechnet eine verminderte Kapazität, die eine Kapazität ist, um die eine Kapazität der Zelle 2, die in einem initialen Zustand ist, verringert ist, aus einem Spannungswert und einem Stromwert der Zelle 2. Der Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11 kann die verminderte Kapazität unter Nutzung der Temperatur der Zelle 2 zusammen mit dem Spannungswert und dem Stromwert der Zelle 2 berechnen. Der Begriff „initialer Zustand“ repräsentiert einen Zustand, in dem eine Zelle 2 noch nicht einem Verschlechterungsfortschreiten ausgesetzt ist, wie etwa einen Zustand der Zelle 2 zu dem Zeitpunkt, wenn eine wiederaufladbare Batterie, die die Zelle 2 aufweist, von einem Batteriehersteller ausgeliefert wird. Eine Kapazität der Zelle 2, die in dem initialen Zustand ist, kann durch einen Wert definiert werden, der als ein Designwert offenbart ist oder durch einen Wert der durch Messen einer Kapazität der Zelle 2, die in dem initialen Zustand ist, erlangt wird.
Der Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11 berechnet eine Kapazität der Zelle 2 und berechnet dann, als eine verminderte Kapazität, eine Differenz zwischen: der berechneten Kapazität; und der Kapazität der Zelle 2, die in dem initialen Zustand ist. Alternativ kann der Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11 einen Innenwiderstand der Zelle 2 basierend auf Spannungen der Zelle 2 berechnen, die durch Zuführen von verschiedenen Ladeströmen der Zelle 2 erlangt sind; und dann eine verminderte Kapazität basierend auf einem Verhältnis des berechneten Innenwiderstands zu einem Innenwiderstand der Zelle 2, die in dem initialen Zustand ist, berechnet. Alternativ kann der Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11 ein Verhältnis zwischen einer Menge von Elektrizität und einer offenen Spannung nutzen, die durch Ausführen eines Ladens und Entladens von Zellen 2 erlangt wird, die verschieden voneinander im Grad der Verschlechterung sind; und dann eine verschlechterte Kapazität basierend auf der Elektrizitätsmenge der Zelle 2 berechnen, die durch Nehmen des Integrals von elektrischem Strom erlangt wird, der durch den Stromdetektor 6 erlangt wird. Alternativ kann der Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11 einen Widerstandswert eines Lade-Entlade-Schaltkreises ändern, der mit der wiederaufladbaren Batterie 3 verbunden ist, zumindest einmalig während eines Ladens oder Entladens; kann ein Innenwiderstand unter Nutzung eines Spannungswerts und eines Stromwerts der Zelle 2 berechnen, der zu dem Zeitpunkt erzeugt ist, wenn die Änderung eines Widerstandswerts des Lade-Entlade-Schaltkreises auftritt; kann eine gegenwärtige Kapazität der Zelle 2 unter Nutzung eines Verhältnisses zwischen einer Menge von Elektrizität und einer offenen Spannung berechnen, die durch den Innenwiderstand berechnet wird; und kann berechnen, als eine verminderte Kapazität, einen Unterschied zwischen der gegenwärtigen Kapazität der Zelle 2 und der Kapazität der Zelle 2, die in einem initialen Zustand ist.
Der Gasmengenberechner 12 berechnet eine Gasmenge in einem Behälter für die Zelle 2 enthaltenen Gasmenge unter Nutzung der verminderten Kapazität, die durch den Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11 berechnet ist. In Ausführungsform 1 wird eine Menge von Gassubstanz als die Gasmenge genutzt. In dem Fall, in dem Bestandteile eines Elektrolyts der Zelle 2 bereits bekannt sind, berechnet der Gasmengenberechner 12 eine Menge von Gassubstanz, die aufgrund der Verschlechterung der Zelle 2 erzeugt wird unter Nutzung einer verminderten Kapazität und der Formel einer chemischen Reaktion des Elektrolyts, die durch die Verschlechterung der Zelle 2 bewirkt wird. Zum Beispiel, in dm Fall in dem die Zelle 2 eine Lithium-Ion-Zelle ist, wird einen ionenleitende Schicht auf einer Oberfläche einer negativen Elektrode durch eine Reduktionsreaktion zwischen dem Elektrolyt und Lithiumionen gebildet. Wenn die Lithiumionen durch die ionenleitende Schicht gefangen werden, die an der negativen Elektrode gebildet ist, verringern sich die Ionen, die zu Lade- und Entladereaktionen beitragen. Da eine Menge der Lithiumionen, die durch die ionenleitende Schicht gefangen werden, und eine verminderte Kapazität in Bezug zueinander stehen, kann die Menge der durch die ionenleitende Schicht gefangenen Lithiumionen unter Nutzung der verminderten Kapazität berechnet werden.
Da Gas erzeugt wird, wenn die ionenleitende Schicht gebildet wird, haben eine Menge einer Formation der ionenleitenden Schicht und eine Gasmengenerzeugung ein proportionales Verhältnis zueinander. Daher kann die Menge der Gaserzeugung unter Nutzung der verminderten Kapazität berechnet werden. Eine chemische Reaktionsformel, die eine Formation von ionenleitender Schicht ausdrückt, ist als Formel (1) nachstehend beschrieben. Ein Koeffizient x gibt eine Menge einer Substanz von Molekülbestandteile des Elektrolyts an, die mit einem Mol von Elektronen reagieren. Ein Koeffizient y gibt eine Menge von Gassubstanz an, die pro Mol von Elektronen erzeugt wird, wenn die ionenleitende Schicht gebildet wird. Ein Koeffizient r gibt eine Menge von Substanz der ionenleitenden Schicht an, die pro Mol von Elektronen gebildet wird.
[Formel 1] $x (Molekülbestandteile des Elektrolyts) + {Li}^{+} + e^{-} \to r (ionenleitende Schicht) + y (Gas)$
Zum Beispiel in dem Fall, in dem Dimethylcarbonat als Elektrolyt genutzt wird, wie in nachstehender Formel (2) beschrieben, x = 1/2 Mol von Dimethylcarbonat (C₃H₆O₃), die Molekülbestandteile des Elektrolyts sind, regieren mit einem Mol von Elektronen, und dann wird eine Beschichtung von r =1/2 Mol von Lithiumcarbonat (Li₂Co₃) gebildete und y = 1/2 Mol von Ethangas (C₂H₆) wird erzeugt.
[Formel 2] $\frac{1}{2} C_{3} H_{6} O_{3} + {Li}^{+} + e^{-} \to \frac{1}{2} L i_{2} C o_{3} + \frac{1}{2} C_{2} H_{6}$
Der Gasmengenberechner 12 berechnet eine Menge der Substanz n₁ von Gas, das aufgrund der Verschlechterung der Zelle 2 erzeugt ist unter Nutzung der verminderten Kapazität Z (Einheit: C), der voranstehenden, in Formel (1) beschriebenen Koeffizienten und der Faraday-Konstante F = 9,65 × 10⁴ (Einheit: C/mol), wie in nachstehender Formel (3) beschrieben.
[Formel 3] $n_{1} = \frac{Z [C]}{F [C / m o l]} \cdot y$
Der Gasmengenberechner 12 umfasst ein Volumen eines Hohlvolumens des Behälters der Zelle 2. Das Volumen des Hohlraums wird durch Subtrahieren des Volumens von Komponenten der Zelle 2 wie etwa Elektroden und des Elektrolyts von dem Volumen des Behälters der Zelle 2 erlangt. Das Volumen des Hohlraums kann unter Nutzung eines Designwerts berechnet werden. Eine Menge n₀ des in dem Behälter enthaltenen Gases für die Zelle 2 in dem initialen Zustand kann unter Nutzung eines Gleichgewichtsdampfdrucks des Elektrolyts innerhalb der Zelle 2, die in dem initialen Zustand ist, und des Volumes des Hohlraums bei einer Temperatur der Umgebung der Nutzung der wiederaufladbaren Batterie. Zum Beispiel da Feuchtigkeit von einem Behälter für eine Lithium-Ion-Zelle so gut wie möglich entfernt wird und der Behälter im Produktionsvorgang der Lithium-Ion-Zelle abgedichtet wird, kann vorausgesetzt werden, dass der Hohlraum des Behälters keine Luft oder Wasser aufweist. Daher kann die Menge der Substanz n_o von in dem Behälter enthaltenen Gases für die Zelle 2, die in dem initialen Zustand ist, berechneten werden unter Nutzung des Volumens V des Hohlraums (Einheit: L) in dem normalen Zustand (bei 0 C° und bei einem Druck von 1 atm) wie in nachstehender Formel (4) beschrieben.
[Formel 4] $n_{0} = \frac{V [L]}{22.4 [L / m o l]}$
Der Gasmengenberechner 12 berechnet die Summe der Menge der Substanz n₁ des aufgrund Verschlechterung der Zelle 2 erzeugten Gases und der Menge der Substanz n₀ des in dem Behälter für die Zelle 2 in dem initialen Zustand enthaltenen Gases.
Der Druckberechner 13 berechnet einen Druck P₁ des Innenraums des Behälters für die Zelle 2 unter Nutzung (i) der Menge des durch den Gasmengenberechner 12 berechneten Gases, das bedeutet der Summe der Menge der Substanz der Gase, (n₀ + n₁), (ii) das Volumen des Hohlraums V und (iii) der Temperatur T₁ (Einheit: K) die durch den Temperaturdetektor 7 detektiert ist, wie in nachstehender Formel (5) beschrieben. Ein Symbol „R“, das in Formel (5) beschrieben ist, bezeichnet die Gaskonstante (Einheit: Pa·L/K·mol).
[Formel 5] $P_{1} = \frac{(n_{0} + n_{1}) \cdot R \cdot T_{1}}{V}$
Der Drucküberwacher 14 gibt an die Lade-Entlade-Regelungseinrichtung 4 ein Regelungssignal zum Stoppen eines Ladens oder Entladens der wiederaufladbaren Batterie 3 aus, wenn ein Druck P₁ des Innenraums eines Behälters für mindestens eine der Zellen 2 gleich oder größer als der Schwellwertdruck ist. Wie aus der voranstehend beschriebenen Formel (5) klar wird, ist der Druck P₁ des Innenraums des Behälters proportional zu der Menge der Substanz (n₀ + n₁) des in dem Behälter enthaltenen Gases. 2 zeigt eine Zeichnung, die ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen einem Druck innerhalb eines Behälters und einer Menge von Gassubstanz in dem Behälter in der Ausführungsform 1 darstellt. In 2 ist eine Menge von Gassubstanz auf der horizontalen Achse aufgetragen und ein Druck des Innenraums des Behälters ist auf der vertikalen Achse aufgetragen. In dem in 2 dargestellten Beispiel, gibt P_a einen Druck an, bei dem ein Sicherheitsventil aktiviert wird und n_a gibt eine Menge des Gases zu dem Zeitpunkt an, wenn der Druck P₁ des Innenraums des Behälters P_a erreicht. In dem Fall in dem ein Stoppen des Ladens oder des Entladens der wiederaufladbaren Batterie 3 bevorzugt wird, bevor das Sicherheitsventil aktiviert wird, nutzt der Drucküberwacher 14, als Schwellwertdruck, einen Druck P_b der kleiner ist als ein Druck P_a . Dies bedeutet, dass der Drucküberwacher 14 einen Regelungssignal zum Stoppen eines Ladens oder Entladens der wiederaufladbaren Batterie 3 zu dem Zeitpunkt ausgibt, wenn der Druck P₁ des Innenraums des Behälters P_b erreicht.
Des weiteren kann ein Signal zum Angeben eines Anstiegs eines Drucks des Innenraums des Behälters ausgegeben werden, bevor das Regelungssignal zum Stoppen eines Ladens oder Entladens der wiederaufladbaren Batterie 3 ausgegeben wird. Der Drucküberwacher 14 kann, an die Lade-Entlade-Regelungseinrichtung 4 zu dem Zeitpunkt, wenn der Druck P₁ des Innenraums des Behälters P_c erreicht, das Signal zum Angeben eines Druckanstiegs in dem Innenraums des Behälters unter Nutzung von P_c angeben, der kleiner als P_b ist. Zum Beispiel wenn die Lade-Entlade-Regelungseinrichtung 4 dazu konfiguriert ist, eine Menge von Laden oder Entladen zu reduzieren, nachdem das Signal zum Angeben eines Druckanstiegs des Innenraums des Behälters empfangen wird, kann ein Druckanstieg des Innenraums des Behälters unterdrückt oder vermieden werden. Zum Beispiel können die Werte von P_b und P_c basierend auf der Stärke des Behälters für die Zelle 2 und einem gemäß angedachten Nutzung des Leistungsspeichersystems 1 erforderlichen Sicherheitsniveau definiert werden.
3 zeigt ein Flussdiagramm das ein Beispiel eines Betriebs für einen Prozess zum Schützen einer wiederaufladbaren Batterie darstellt, der durch eine Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie gemäß Ausführungsform 1 ausgeführt wird. Der Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11 berechnet eine verminderte Kapazität der Zelle 2 (Schritt S11). Der Gasmengenberechner 12 (i) berechnet eine Menge von Gassubstanz, die aufgrund einer Verschlechterung der Zelle 2 erzeugt wird unter Nutzung der verminderten Kapazität und der Formel einer chemischen Reaktion eines Elektrolyts, die durch die Verschlechterung der Zelle bewirkt 2 wird, und (ii) addiert die Menge der Substanz des erzeugten Gases und der Menge des in dem Behälter für die Zelle 2 enthaltenen Gassubstanz in dem initialen Zustand miteinander auf zum Berechnen der Menge der in dem Behälter enthaltenen Gassubstanz (Schritt S12). Der Druckberechner 13 berechnet einen Druck in dem Innenraum des Behälters für die Zelle 2 unter Nutzung der Menge von Gassubstanz, die in dem Behälter enthaltenen sind, die durch den Gasmengenberechner 12 berechnet ist, des Hohlvolumens und der Temperatur der Zelle 2 (Schritt S13). Der Drucküberwacher 14 bestimmt, ob der Druck des Innenraums des Behälters, der durch den Druckberechner 13 berechnet wird, gleich oder größer als der Schwellwertdruck (Schritt S14) ist. In dem Fall in dem der Druck des Innenraums des Behälters geringer als der Schwellwertdruck (NEIN in Schritt S14) ist, wird der Prozess des Schutzes der wiederaufladbaren Batterie beendet. In dem Fall, in dem der Druck des Innenraums des Behälters gleich oder größer als der Schwellwertdruck (JA in Schritt S14) ist, gibt der Drucküberwacher 14 ein Regelungssignal zum Stoppen eines Ladens oder Entladens der wiederaufladbaren Batterie 3 (Schritt S15) aus, um den Prozess des Schutzes der wiederaufladbaren Batterie zu beenden. Die Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie 10 führt wiederholt den voranstehenden Prozess des Schutzes einer wiederaufladbaren Batterie in frei bestimmbaren Intervallen aus. Die verminderte Kapazität und die Menge von Gassubstanz, die in dem letzten Prozess des Schutzes einer wiederaufladbaren Batterie berechnet wurde, kann verwendet werden und daher ist ein Neuausführen des Schritts S11 des Berechnens der verminderten Kapazität und des Schritts S12 des Berechnens der Menge von Gassubstanzes jedes Mal, wenn der voranstehende Prozess des Schutzes einer wiederaufladbaren Batterie wiederholt wird, unnötig.
Wie voranstehend beschrieben benötigt die Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie 10 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung keine Dehnmesseinrichtung oder irgendein für einen Zellbehälter bereitgestellten Leiter und Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung einen Mechanismus zum Erfassen eines Anstiegs eines Drucks innerhalb eines Behälters für die Zelle 2 vereinfachen. Eine Deformation des Zellbehälters wird benötigt, um einen Kontakt für den Zellbehälter bereitgestellten Leiters zu erfassen und daher können schwer zu deformierende Behälter nicht genutzt werden. Jedoch kann die Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie 10 nach Ausführungsform 1 einen Anstieg eines Drucks in einem Innenraum eines Behälters für eine Zelle 2 unabhängig von Materialqualitäten des Behälters für die Zelle 2 erfassen. Außerdem könne, in dem Fall, in dem der Kontakt des Leiters erfasst wird, die jeglicher Zwischendruckanstieg auf einen gegebenen Druck innerhalb des Behälters nicht erfasst werden, aber die Schutzvorrichtung für die wiederaufladbare Batterie 10 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung kann außerdem jeglichen Zwischendruckanstieg auf den gegebenen Druck innerhalb des Behälters erfassen und kann eine Regelung zum Batterieschutz mit einem Sicherheitsabstand verschiedenen Niveaus gemäß der angedachten Nutzung des Leistungsspeichersystems 1 ausführen.
(Ausführungsform 2)
In Ausführungsform 1 sind Bestandteile eines Elektrolyts einer Zelle 2, bereits bekannt und der Gasmengenberechner 12 berechnet eine Menge von Gassubstanz, die aufgrund einer Verschlechterung der Zelle 2 erzeugt wird, unter Nutzung einer verminderten Kapazität und der Formel einer chemischen Reaktion des Elektrolyts, die durch die Verschlechterung der Zelle 2 bewirkt wird. Jedoch sind in einigen Fällen die Bestandteile eines Elektrolyts der Zelle 2 nicht offenbart oder es ist keine Formel einer chemischen Reaktion eines Elektrolyts, die durch eine Verschlechterung der Zelle 2 hervorgerufen wird, bekannt. Demgemäß ist eine Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie 10 nach Ausführungsform 2 dazu konfiguriert, eine Menge von Gassubstanz, die in einem Behälter für die Zelle 2 enthalten ist, unter Nutzung eines Verhältnisses zwischen einer verminderten Kapazität und der Menge von Gassubstanz, die in dem Behälter für die Zelle 2 enthalten ist, wobei das Verhältnis erlangt wird durch Durchführen eines Überladetests, in dem jede der Zellen 2, die verschieden voneinander in verminderter Kapazität sind, geladen wird durch Beaufschlagen einer Spannung auf jede Zelle 2 außerhalb eines akzeptablen Bereichs von Ladespannungen, die für die Zellen 2 bestimmt sind, bis ein Druck des Innenraums von jedem der Behälter den Druck erreicht, bei dem das Sicherheitsventil aktiviert wird.
4 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Leistungsspeichersystems gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung darstellt. Die Schutzvorrichtung 10 für eine wiederaufladbare Batterie gemäß Ausführungsform 2 weist nicht nur die Komponenten der Schutzvorrichtung für die wiederaufladbare Batterie 10 gemäß Ausführungsform 1 auf sondern auch einen Speicher 15. Das Verhältnis zwischen einer verminderten Kapazität und einer Menge von Gassubstanz, die in einem Behälter für die Zelle 2 enthalten ist, wird in dem Speicher 15 gespeichert. Der Gasmengenberechner 12 berechnet eine Menge des Gases unter Nutzung einer verminderten Kapazität, die durch den Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11 berechnet ist, und auf der Basis des Verhältnisses zwischen der verminderten Kapazität und der Menge von Gassubstanz, die in dem Behälter für die Zelle 2 enthalten ist, wobei das Verhältnis in dem Speicher 15 gespeichert wird.
In dem Fall in dem die Bereiche von Ladespannungen der Zellen 2, 2,5 V bis 4,2 V ist, wird ein Überladetest durch Laden jede der Zellen 2, die verschieden voneinander in verminderter Kapazität sind, durch Beaufschlagen von 4,5 V auf jede der Zellen 2 zum Beispiel durchgeführt. Da die Zellen 2 proportional zu der Quadratwurzel der Zeitdauer sich verschlechtern, die von der Zeit vergangen ist, in dem die Zelle in ihrem initialen Zustand war, können mehrere Zellen des gleichen Typs, die verschieden voneinander in der Zeitdauer sind, die von der Zeit, in der die Zellen in den initialen Zuständen waren, vergangen ist, als die zwei Zellen genutzt werden, die verschieden in verminderter Kapazität sind. Ein Fall in dem Zellen 2a, 2b und 2c verschieden voneinander in verminderter Kapazität einem Überladetest ausgesetzt werden, wird in einem Beispiel nachstehend beschrieben. Die Zelle 2a ist am wenigsten verschlechterte Zelle der Zellen 2a, 2b und 2c und die Zelle 2c ist die am meisten verschlechterte Zelle der Zellen 2a, 2b und 2c. Die Zellen 2a, 2b und 2c weichen voneinander in einer in einem Behälter enthaltenen Gasmenge ab. Da ein festgesetzter Druckwert, bei dem das Sicherheitsventil aktiviert wird, ein Designwert ist und allen Zellen 2a, 2b und 2c gemein ist, unterscheiden sich die Zellen 2a, 2b und 2c voneinander in einer durch den Überladetest bewirkten Gasmenge, bis das Sicherheitsventil aktiviert wird, wenn die Zellen 2a, 2b und 2c, die verschieden voneinander in verminderter Kapazität sind, dem Überladetest ausgesetzt werden.
5 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel von der Verteilung von Arten von Gas in einem Behälter zu der Zeit darstellt, wenn ein Überladetest in Ausführungsform 2 endet. Die geschwärzten Abschnitte in 5 geben eine Menge der Substanz n₀ von Gas an, das in einem Behälter für die Zelle 2 in dem initialen Zustand enthalten ist. Die geschatteten Abschnitte in 5 geben die Menge von Substanz n₁ von Gas an, das aufgrund der Verschlechterung der Zelle 2 von der Zeit, zu dem die Zelle 2 in dem initialen Zustand ist bis zu dem Zeitpunkt, in dem der Überladetest an die Zelle 2 gestartet wird, erzeugt wird. Die weißen freien Abschnitte in 5 geben die Menge von Substanz n₂ von Gas an, das durch den Überladetest erzeugt wird. 5 zeigt dass, wenn sich die Zelle 2 verschlechtert, die Menge von Gas, die durch den Überladetest erzeugt wird, bis das Sicherheitsventil aktiviert wird, abnimmt. 6 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen Spannung und Elektrizitätsmenge während des Durchführens des Überladetests in Ausführungsform 2 darstellt. In 6 sind Mengen von Elektrizität, die in den Zellen 2a, 2b und 2c während des Überladetests gespeichert sind, auf der horizontalen Achse aufgetragen und auf die Zellen 2a, 2b und 2c beaufschlagte Spannungen sind auf der vertikalen Achse aufgetragen. Die dicke durchgezogene Linie entspricht der Zelle 2a, die gestrichelte Linie entspricht der Zelle 2b und die dünne durchgezogene Linie entspricht der Zelle 2c. Abschnitte der 6, die einen starken Anstieg in der Spannung angeben, zeigen, dass das Sicherheitsventil aktiviert wird. Eine Menge von Elektrizität, die in der am wenigsten verschlechterten Zelle 2a während des Überladetests gespeichert ist, ist Qa. Eine Menge von Elektrizität, die der am meisten verschlechterten Zelle 2c während des Überladetests gespeichert ist, ist Qc.
Qa ist größer als Qc. 6 zeigt dass, wenn sich die Zelle 2 verschlechtert, eine Menge von Elektrizität, die die die Zelle 2 während des Überladetests speichern kann, bis das Sicherheitsventil aktiviert wird, abnimmt.
Eine Prozedur zum Berechnen eines Verhältnisses zwischen einer verminderten Kapazität der Zelle 2 und einer Menge von Gassubstanz, die in einem Behälter für die Zelle 2 während eines Überladetests enthalten ist, wobei das Verhältnis in dem Speicher 15 zu speichern ist, wird nachstehend beschrieben. 7 gibt ein Flussdiagramm an, das eine Prozedur zum Berechnen eines Verhältnisses zwischen verminderter Kapazität und Menge von Gassubstanz darstellt, den im Behältern in Ausführungsform 2 enthalten sind. Eine verminderte Kapazität der Zelle 2 wird berechnet (Schritt S21) und eine Menge von Elektrizität, die in der Zelle 2 während eines Überladetests der Zellen 2 gespeichert ist, wird berechnet (Schritt S22). Die verminderte Kapazität kann unter Nutzung des Verminderte-Kapazitäts-Berechners 11 berechnet werden. Die Menge von Elektrizität kann erhalten werden, indem das Integral von elektrischem Strom genommen wird, der durch den Stromdetektor 6 über die Zeitdauer der diktiert wird, während der der Überladetest durchgeführt wird. Die Menge von Gassubstanz, die durch den Überladetest bewirkt wird, wird durch Identifizieren des Gases berechnet, das durch den Überladetest bewirkt wird, mittels einer Komponentenanalyse oder einer quantitativen Analyse (Schritt S23).
Das Gas, das durch den Überladetest bewirkt ist, ist verschieden von dem Gas, das durch die Verschlechterung der Zelle 2 erzeugt wird. Eine Hauptkomponente des durch den Überladetest bewirkten Gases ist, zum Beispiel, Kohlenstoffdioxid. In dem Fall in dem eine Hauptkomponente des durch den Überladetest bewirkten Gases Kohlenstoffdioxid ist, kann eine Menge des durch den Überladetest bewirkten Gases durch Messen einer Kohlenstoffdioxidkonzentration des Gases erlangt werden, das durch Aktivierung des Sicherheitsventils ausgelassen wird. In dem Fall, in dem Lithium-Kobalt-Oxid (LiCoO₂) zum Beispiel als Material für eine positive Elektrode genutzt wird, werden Kobaltoxid (CoO₂) und Lithiumionen erzeugt wenn die Zelle 2 in einem Überladezustand ist, in dem eine Spannung außerhalb eines akzeptablen Bereichs von Ladespannungen auf die Zelle 2 beaufschlagt wird. Kobaltoxid ist instabil und gibt ein Oxid ab. Kohlenstoffdioxid wird durch Oxidieren des emittierten Oxids mit einem Elektrolyt erzeugt. In dem Fall, in dem Lithium-Kobalt-Oxid als Material für die positive Elektrode genutzt wird und ein Elektrolyt, das Dimethylcarbonat als eine Hauptkomponente enthält, genutzt wird, wird die Formel einer chemischen Reaktion in dem Überladezustand durch Formel (6) unten ausgedrückt. Formel (6) zeigt, dass ein 1/3 Mol von Kohlenstoffdioxid pro Mol von Elektronen erzeugt wird.
[Formel 6] $L i C o O_{2} \to C o O_{2} + L i^{+} + e^{-}$
$C o O_{2} \to \frac{1}{3} C o_{3} O_{4} + \frac{1}{3} O_{2}$
$\frac{1}{9} C_{3} H_{6} O_{3} + \frac{1}{3} O_{2} \to \frac{1}{3} C o_{2} + \frac{1}{3} H_{2} O$
Falls eine chemische Reaktionsformel, die das Erzeugen des durch den Überladetest bewirkten Gases ausdrückt, durch eine Komponentenanalyse oder eine quantitative Analyse des durch den Überladetest erzeugten Gases identifiziert werden kann, kann die Menge der Substanz n₂ des durch den Überladetest erzeugten Gases berechnet werden. Wenn eine Menge von in der Zelle 2 gespeicherter Elektrizität während eines Überladetests durch das Symbol „Q“ (Einheit: C) repräsentiert wird und eine Menge von Gassubstanz, die pro Mol von Elektronen erzeugt wird, ist durch das Symbol „q“ repräsentiert, in der chemischen Reaktionsformel, die Erzeugung des durch den Überladetest bewirkten Gases ausdrückt, kann die Menge der Substanz n₂ des durch den Überladetest bewirkten Gases unter Nutzung der Faraday-Konstante F und nachstehenden Formel (7) berechnet werden. Das Symbol „Q“, das in Formel (7) beschrieben ist, gibt eine Menge von Elektrizität an, die in Schritt S22 berechnet wird.
[Formel 7] $n_{2} = \frac{Q}{F} \cdot q$
Das Nutzen eines Werts P₂ des Drucks, bei dem das Sicherheitsventil aktiviert wird und eines Werts T₂ der Temperatur, die durch den Temperaturdetektor 7 zu der Zeit detektiert wird, wenn das Sicherheitsventil aktiviert wird, kann die Menge von Gassubstanz, die in einem Behälter für die Zelle 2 zu dem Zeitpunkt enthalten ist, wenn das Sicherheitsventil aktiviert wird, oder an dem Ende des Überladetests, berechnet werden, wie durch Formel (8) nachstehend ausgedrückt ist (Schritt S24).
[Formel 8] $n_{0} + n_{1} + n_{2} = \frac{P_{2} \cdot V}{R \cdot T_{2}}$
Durch Subtrahieren der Menge der Gassubstanz, die unter Nutzung der Formel (7) wie voranstehend beschrieben berechnet wurde, „n₂“, von der Menge von Gassubstanz, die unter Nutzung der voranstehend beschriebenen Formel (8) berechnet wurde, „n₀ + n₁ + n₂“, wird die Menge von Gassubstanz berechnet, die zum Start des Überladetests in dem Behälter für die Zelle 2 enthalten ist „n₀ + n₁“ (Schritt S25). In einem Fall, in dem eine Zelle 2 vorhanden ist, unter all den Zellen 2 die dem Überladetest auszusetzen sind, die bislang keiner Verarbeitung in den Schritten S21 bis S25 unterzogen wurde (NEIN in Schritt S26), kehrt das Verarbeiten zu Schritt S21 zurück und die Zelle 2, die der Verarbeitung in den Schritten S21 bis S25 bislang nicht unterzogen wurde, wird dieser Verarbeitung unterzogen. In dem Fall, in dem alle Zellen 2, die dem Überladetest auszusetzen sind, allen Schritten S21 bis S25 ausgesetzt wurden (JA in Schritt S26) wird das Verhältnis zwischen einer verminderten Kapazität und einer Menge von Gassubstanz, die in einem Behälter für eine Zelle 2 enthalten ist, „n₀ + n₁“ berechnet basierend auf verminderten Kapazitäten der Zellen 2, die verschieden in verminderten Kapazitäten und der Menge von den in den jeweiligen Behältern enthaltenen Gassubstanz „n₀ + n₁“ sind (Schritt S27). Das Verhältnis zwischen einer verminderten Kapazität und einer Menge von in einem Behälter enthaltenen Gassubstanz, „n₀ + n₁“, die in Schritt S27 berechnet ist, wird vorher in dem Speicher 15 gespeichert.
Der Gasmengenberechner 12 erhält das Verhältnis zwischen einer verminderten Kapazität und einer Menge von in einem Behälter enthaltener Gassubstanz, wobei das Verhältnis vorher durch die in der 7 dargestellte Prozedur erlangt wird. Der Gasmengenberechner 12 berechnet eine Menge von in einem Behälter für eine Zelle 2 enthaltener Gassubstanz unter Nutzung einer verminderten Kapazität, die durch den Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11 berechnet wurde und basierend auf dem Verhältnis zwischen einer verminderten Kapazität und einer Menge von in einem Behälter enthaltener Gassubstanz. Der Betrieb eines Druckberechners 13 und eines Drucküberwachers 14 für die Ausführungsform 2 sind ähnlich zu denen der Ausführungsform 1.
8 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs eines Prozesses zum Schutz einer wiederaufladbaren Batterie darstellt, der durch eine Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie gemäß Ausführungsform 2 durchgeführt wird. Die Schritte S11, S13, S14 und S15 sind dieselben wie diejenigen, die durch die Schutzvorrichtung 10 für eine wiederaufladbare Batterie gemäß Ausführungsform 1, die in 3 dargestellt ist, ausgeführt werden. Abweichend von Ausführungsform 1 berechnet der Gasmengenberechner 12 eine Menge von Gassubstanz, die in einem Behälter für die Zelle 2 enthalten ist unter Nutzung einer verminderten Kapazität, die durch den Verminderte-Kapazitäts-Berechner 11 berechnet wurde, und basierend auf dem Verhältnis zwischen einer verminderten Kapazität und einer Menge von Gassubstanz, die in einem Behälter enthalten ist (Schritt S16).
Wie voranstehend beschrieben, kann die Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie 10 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung eine in einem Behälter enthaltene Gasmenge basierend auf dem Verhältnis zwischen einer verminderten Kapazität und einer Menge von Gassubstanz, die in einem Behälter zu Beginn des Überladetests enthalten ist, berechnen, wobei das Verhältnis vorher durch Durchführen des Überladetests berechnet wird und in dem Speicher 15 gespeichert wird, sogar obwohl Bestandteile eines Elektrolyts unbekannt sind.
Das Voranstehende beschreibt einige Beispielausführungsformen zu Erläuterungszwecken. Obwohl die voranstehende Diskussion spezifische Ausführungsformen präsentiert hat, erkennt der Fachmann, dass Änderungen in Form und Detail gemacht werden können, ohne sich von dem breiteren Geist und dem Schutzbereich der Erfindung zu entfernen. Demgemäß sind die Beschreibung und Zeichnungen in einem erläuternden anstatt einem einschränkenden Sinn aufzufassen. Diese Beschreibung ist daher nicht auf beschränkende Weise aufzufassen und dem Schutzbereich der Erfindung ist nur durch die anliegenden Ansprüche definiert, entlang mit dem vollen Bereich von Äquivalenten, die solchen Ansprüchen zuerkannt werden.
Bezugszeichenliste

1: Leistungsspeichersystem

2, 2a, 2b, 2c: Zelle
3: wiederaufladbare Batterie
4: Lade-Entlade-Regelungseinrichtung
5: Spannungsdetektor
6: Stromdetektor
7: Temperaturdetektor
10: Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie
11: Verminderte-Kapazitäts-Berechner
12: Gasmengenberechner
13: Druckberechner
14: Drucküberwacher
15: Speicher
21: Leistungsgenerator
22: Elektromotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015115219 [0003]
JP 5793957 [0003]
JP 2010011619 [0003]

Claims

Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie, mit: einem Verminderte-Kapazitäts-Berechner zum Berechnen, aus einer Spannung und einem Strom einer Zelle, die in einer wiederaufladbaren Batterie enthalten ist, einer herabgesetzten Kapazität, die eine Kapazität ist, um die eine Kapazität der Zelle, die in einem initialen Zustand ist, reduziert ist; einen Gasmengenberechner zum Berechnen, aus der verminderten Kapazität, die von dem Verminderte-Kapazitäts-Berechner berechnet ist, einer Gasmenge, die in einem Behälter für die Zelle enthalten ist; einem Druckberechner zum Berechnen eines Drucks innerhalb des Behälters aus der Gasmenge, die durch den Gasmengenberechner berechnet ist, eines Hohlvolumen des Behälters für die Zelle und einer Temperatur der Zelle; und einem Drucküberwacher zum Ausgeben eines Regelungssignals zum Stoppen eines Ladens oder Entladens der wiederaufladbaren Batterie, wenn ein Druck innerhalb eines Behälters, der durch den Druckberechner berechnet ist, gleich oder größer als ein Schwellwertdruck in Bezug auf mindestens eine Zelle ist.
Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie nach Anspruch 1, wobei der Gasmengenberechner berechnet eine Menge einer Gassubstanz, die aufgrund einer Verschlechterung der Zelle von der herabgesetzten Kapazität erzeugt ist, und einer Formel einer chemischen Reaktion eines Elektrolyts, die durch die Verschlechterung der Zelle bewirkt wird, und eine Summe der Menge der Gassubstanz, die aufgrund der Verschlechterung der Zelle erzeugt ist, und einer Menge einer Gassubstanz, die in dem Behälter für die Zelle enthalten ist, wenn die Zelle in dem initialen Zustand ist, als die Menge von in dem Behälter enthaltenem Gas.
Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie nach Anspruch 1, des Weiteren mit einem Speicher zum Speichern eines Verhältnisses zwischen der verminderten Kapazität und der Menge der Gassubstanz, die in dem Behälter bei dem Beginn eines Überladetests enthalten ist, wobei das Verhältnis durch Durchführen des Überladetests erhalten wird, in dem jede der Zellen verschieden voneinander in verminderter Kapazität geladen wird durch Beaufschlagen einer Spannung auf jede der Zellen außerhalb eines Bereichs von Ladespannungen, die für die Zellen definiert sind, bis ein Druck des Innenraums des Behälters einen Druck erreicht, bei dem ein Sicherheitsventil zum Entladen des in dem Behälter enthaltenen Gases aktiviert wird, wobei der Gasmengenberechner die Gasmenge aus der verminderten Kapazität berechnete, die durch den Verminderte-Kapazitäts-Berechner berechnet ist, basierend auf dem Verhältnis zwischen der verminderten Kapazität und der Menge der Gassubstanz, die in dem Behälter bei dem Beginn des Überladetests enthalten ist, wobei das Verhältnis in dem Speicher gespeichert wird.
Leistungsspeichersystem, mit: einer wiederaufladbaren Batterie mit einer Zelle, einem Spannungsdetektor zum Detektieren einer Spannung der Zelle; einem Stromdetektor zum Detektieren eines Stroms der Zelle; eines Temperaturdetektors zum Detektieren einer Temperatur der Zelle; eine Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie nach Anspruch 1; und einer Lade-Entlade-Regelungseinrichtung zum Laden der wiederaufladbaren Batterie mit von einem Leistungsgenerator zugeführter Leistung oder zum Zuführen, an einen elektrischen Motor, von von der wiederaufladbaren Batterie entladenen Leistung und zum Stoppen des Ladens oder Entladens der wiederaufladbaren Batterie beim Empfang eines Regelungssignals von dem Drucküberwacher zum Stoppen des Ladens oder Entladens der wiederaufladbaren Batterie.
Leistungsspeichersystem nach Anspruch 4, wobei der Gasmengenberechner der Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie berechnet: eine Menge einer Gassubstanz, die aufgrund Verschlechterung der Zelle von der herabgesetzten Kapazität erzeugt ist und einer Formel einer chemischen Reaktion eines Elektrolyts die durch die Verschlechterung der Zelle bewirkt ist, und einer Summe der Menge einer Gassubstanz, die aufgrund der Verschlechterung der Zelle erzeugt ist, und einer Gasmengesubstanz, die in dem Behälter für die Zelle enthalten ist, wenn die Zelle in dem initialen Zustand ist, als die Menge in dem Behälter enthaltene Gasmenge.
Leistungsspeichersystem nach Anspruch 4, wobei: die Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie des Weiteren einen Speicher aufweist, der ein Verhältnis zwischen der verminderten Kapazität und der Menge von einem Behälter enthaltener Gassubstanz bei dem Start eines Überladetests speichert, wobei das Verhältnis erlangt wird durch Durchführen des Überladetests, in dem jede der Zellen verschieden voneinander in verminderter Kapazität ist und durch Beaufschlagen auf jede der Zellen einer Spannung außerhalb eines Bereichs von Ladespannungen geladen ist, für die Zellen definiert sind, bis ein Druck in dem Innenraum des Behälters einen Druck erreicht, bei dem ein Sicherheitsventil zum Entladen des in dem Behälter enthaltenen Gases aktiviert wird; und der Gasmengenberechner der Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie die Gasmenge von der verminderten Kapazität berechnet, die durch den Verminderte-Kapazitäts-Berechner der Schutzvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie berechnet wird, basierend auf dem Verhältnis zwischen der verminderten Kapazität und der Menge von in dem Behälter enthaltener Gassubstanz bei dem Start des Überladetests, wobei das Verhältnis in dem Speicher gespeichert wird.