DE112018006386T5 - Vorrichtung zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz einer wiederaufladbaren Batterie sowie Verfahren zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz der wiederaufladbaren Batterie und das Verfahren zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz gemäß der vorliegenden Erfindung schätzen einen Wirtschaftlichkeitsindex, der mit einer vollständigen Ladekapazität und einer Lade-/Entlade-Energiemenge einer Sekundärbatterie korreliert ist, indem eine Spannungsdifferenz zwischen einer Entladespannung, die vorberechnet ist, und einer maximalen Ladespannung verwendet wird.

Description

• EINSATZGEBIET
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Vorrichtung zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz, welche die wirtschaftliche Effizienz einer wiederaufladbaren Batterie (eines Akkumulators) schätzt, sowie ein Verfahren zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz.
• HINTERGRUND
• Grundsätzlich ist ein Lithium-Ionen-Akkumulator bekannt, der in ein Energiespeichergerät eingebaut ist, das in einer großen Gebäudestruktur installiert ist. Der Lithium-Ionen-Akkumulator wird für den Zweck der Spitzenabsenkung verwendet, durch die ein Strombedarf reduziert wird, oder der Lithium-Ionen-Akkumulator wird für den Zweck der Spitzenverschiebung verwendet, durch die Nachtstrom für den Einsatz am Tag gespeichert wird, oder der Lithium-Ionen-Akkumulator wird als Notstromquelle für Schutzmaßnahmen des Katastrophenschutzes genutzt. Es wurde eine Studie durchgeführt, um durch den Einsatz eines solchen stationären Lithium-Ionen-Akkumulators und die Optimierung des Stromverbrauchs zu einer Zeit, in der Stromtarife nach Zeitzonen angewendet werden, einen wirtschaftlichen Vorteil zu erzielen. Mit anderen Worten, ein wirtschaftlicher Vorteil wird durch eine solche Arbeitsweise erzielt, bei der die wiederaufladbare Batterie in einer Zeitzone mit niedrigem Stromtarif geladen wird und die wiederaufladbare Batterie in einer Zeitzone mit hohem Stromtarif entladen wird. Da der wirtschaftliche Nutzen in diesem Fall durch eine Energiemenge bestimmt wird, die eine Transaktionseinheit der elektrischen Leistung ist, haben eine Ladeenergiemenge und eine Ladee-/Entladeeffizienz unmittelbaren Einfluss. Dementsprechend ist das Management eines Degradationszustandes des Lithium-Ionen-Akkumulators ein wichtiges Anliegen, und es wurden Verfahren vorgeschlagen, um den Degradationszustand zu erfassen.
• ZUSAMMENFASSUNG
• Zum Beispiel Patentdokument 1: Die japanische Patentanmeldung KOKAI-Veröffentlichung Nr. 2014-044149 schlägt ein Restkapazitätsschätzverfahren vor, das eine Beziehung zwischen Impedanzen bei einer Vielzahl von Frequenzen und Entladekapazitäten nutzt, ohne Entladekapazitäten zu messen. Darüber hinaus Patentdokument 2: Die japanische Patentanmeldung KOKAI-Veröffentlichung Nr. 2002-131402 schlägt ein Messverfahren vor, bei dem ein Lithium-Ionen-Akkumulator, der vollständig geladen ist, entladen wird und die Restkapazität der Batterie geschätzt wird, indem eine Differenz zwischen Entladespannungen verwendet wird, die zu zwei Zeitpunkten nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Beginn der Entladung gemessen werden. Mit diesen Verfahren kann die Restkapazität geschätzt werden, nicht aber eine Lade-/Entladekurve selbst geschätzt werden. Daher sind diese Verfahren nicht ausreichend, wenn der Degradationszustand verwaltet wird.
• Darüber hinaus wird bei dem oben beschriebenen Schätzverfahren für den Degradationszustand keine Beurteilung auf der Grundlage des wirtschaftlichen Nutzens des Lithium-Ionen-Akkumulators vorgenommen. Bei diesem Schätzverfahren wird nur allgemein beurteilt, ob sich die wirtschaftliche Effizienz auf der Grundlage des Degradationszustands der Batterie verringert oder nicht. Es ist daher notwendig, die Genauigkeit der Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz zu berücksichtigen.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Vorrichtung zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz einer wiederaufladbaren Batterie, die einen mit einer Vollladekapazität und einer Lade/Entladeenergiemenge korrelierten Wirtschaftlichkeitsindex schätzt, indem sie eine Spannungsdifferenz zwischen einer Entladespannung, die vorberechnet ist, und einer maximalen Ladespannung verwendet, sowie ein Verfahren zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz.
• LÖSUNG DES PROBLEMS
• Um das oben genannte Ziel zu erreichen, ist nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz einer Batterie vorgesehen, die Folgendes umfasst: eine Ladeeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Ladezustand einer Sekundärbatterie erfasst und die Sekundärbatterie bis zu einer vorgegebenen maximalen Ladespannung vollständig auflädt; eine Entladeeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Last mit der vollständig geladenen Sekundärbatterie elektrisch verbindet und Leistung von der Sekundärbatterie entlädt; eine Spannungsmesseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Entladespannung misst, indem sie die Messung innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereichs nach Ablauf einer Zeit startet, in der eine Übergangsreaktion aufgrund von Ladungsübertragung in der Sekundärbatterie von einem Entladungsbeginn durch die Entladeeinheit verschwindet; und einen Schätzarithmetikprozessor, der so konfiguriert ist, dass er einen Wirtschaftlichkeitsindex SOEc schätzt, der durch eine Gleichung repräsentiert wird: $$SO{E}_c=\left(G_{curr}-G_{end}\right)/\left(G_{new}-G_{end}\right)$$

  

  wobei G ein wirtschaftlicher Wert für einen Lade-Entlade-Zyklus ist, der durch (Thigh X Ed - Tlow × Ec)/1000 ausgedrückt wird, Gcurr ein wirtschaftlicher Wert für einen aktuellen Lade-Entlade-Zyklus ist, Gnew ein wirtschaftlicher Wert für einen Lade-Entlade-Zyklus zu einem Zeitpunkt ist, an dem die Sekundärbatterie neu ist, und Gend ein wirtschaftlicher Wert für einen Lade-Entlade-Zyklus zu einem Zeitpunkt ist, an dem eine Batterielebensdauer endet, und ferner Ec [Wh] eine Ladeenergiemenge ist, Ed [Wh] eine Entladeenergiemenge ist, Thigh [Yen/kWh] ein Stromtarif in einer Zeitzone mit einem hohen Stromtarif ist und Tlow [Yen/kWh] ein Stromtarif in einer Zeitzone mit einem niedrigen Stromtarif ist, wobei die Gleichung korreliert ist durch Nutzung einer Spannungsdifferenz zwischen der durch Messung berechneten Entladespannung und der maximalen Ladespannung, wobei die Spannungsdifferenz vorberechnet ist, und einer Vollladekapazität und einer Lade-/Entladeenergiemenge der Sekundärbatterie.
• Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz einer Batterie vorgesehen, um einen Wirtschaftlichkeitsindex SOEc einer Sekundärbatterie durch eine Vorrichtung zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz einer Batterie zu schätzen, wobei das Verfahren umfasst: einen Vollladevorgang zum Laden der Sekundärbatterie bis zu einer voreingestellten maximalen Ladespannung Vc; einen Stabilisierungsvorgang, um eine Batterietemperatur mit einer Umgebungstemperatur nach dem Vollladevorgang in Übereinstimmung zu bringen; einen Entladevorgang, der nach dem Stabilisierungsvorgang ausgeführt wird; einen Ladespannungsschätzvorgang zum Berechnen und Schätzen einer geschätzten Ladespannung Vpc bei einer vorbestimmten Ladekapazität der Sekundärbatterie in Bezug auf eine Vielzahl von Ladekapazitäten; und einen Entladespannungsschätzvorgang zum Berechnen und Schätzen einer geschätzten Entladespannung Vpd bei der vorbestimmten Entladekapazität der Sekundärbatterie in Bezug auf eine Vielzahl von Entladekapazitäten, wobei die wirtschaftliche Effizienz so geschätzt wird: eine Spannungsdifferenz Ve zwischen einer Entladespannung Vd, die durch eine innerhalb einer bestimmten Zeit nach dem Verschwinden einer Übergangsreaktion aufgrund von Ladungsübertragung im Entladungsvorgang gestartete Messung erfasst wird, und der maximalen Ladespannung Vc wird berechnet, ein Lade-/Entladeschätzvorgang wird ausgeführt, in dem die aus der Spannungsdifferenz Ve berechnete geschätzt Ladespannung Vpc bei der vorgegebenen Ladekapazität auf der Grundlage eines relationalen Ausdrucks wird geschätzt, $$\text{Ve}=\text{Vc}-\text{Vd}$$

  

  $$\text{Vpc}=\text{An}\times \text{Ve}+\text{Bn}\left(\text{An und Bn sind Konstanten}\right)$$

  

  zwischen der vorberechneten Spannungsdifferenz Ve und der geschätzten Ladespannung Vpc bei der vorgegebenen Ladekapazität, und die aus der Spannungsdifferenz Ve berechnete geschätzte Entladespannung Vpd bei der vorgegebenen Entladekapazität auf der Grundlage eines relationalen Ausdrucks wird geschätzt, $$\text{Ve}=\text{Vc}-\text{Vd}$$

  

  $$\text{Vpd}=\text{Cn}\times \text{Ve}+\text{Dn}\left(\text{Cn und Dn sind Konstanten}\right)$$

  

  zwischen der vorberechneten Spannungsdifferenz Ve und der geschätzten Entladespannung Vpd bei der vorgegebenen Entladekapazität der Sekundärbatterie, aus dem Lade-/Entladeschätzvorgang wird eine Ladekurve durch Auffinden einer Näherungskurve auf der Grundlage einer Vielzahl der geschätzten Ladespannungen Vpc geschätzt, und eine Entladekurve wird durch Auffinden einer Näherungskurve auf der Grundlage einer Vielzahl der geschätzten Entladespannungen Vpd geschätzt, basierend auf einem relationalen Ausdruck, $$\text{FCC}=\text{M}\times \text{Ve}+\text{N}\left(\text{M und N sind Konstanten}\right)$$

  

  zwischen der vorberechneten Spannungsdifferenz Ve und einer vollständigen Ladekapazität FCC der Sekundärbatterie, eine volle Ladekapazität FCCcurr eines aktuellen Lade-Entlade-Zyklus, die aus der Spannungsdifferenz Ve berechnet wird, wird geschätzt, eine Ladeenergiemenge Eccurr des aktuellen Lade-Entlade-Zyklus wird aus der vollständigen Ladekapazität FCCcurr und der Ladekurve wird geschätzt, und eine Entladeenergiemenge Edcurr des aktuellen Lade-Entlade-Zyklus wird aus der vollständigen Ladekapazität FCCcurr und der Entladekurve geschätzt, aus einem relationalen Ausdruck eines wirtschaftlichen Vorteils G für einen Lade-Entlade-Zyklus, der durch eine Gleichung ausgedrückt wird, $$G=\left(T_{high}\times E_d-T_{low}\times E_c\right)/1000$$

  

  wird ein wirtschaftlicher Nutzen Gcurr für einen aktuellen Lade-Entlade-Zyklus geschätzt, und auf der Grundlage des relationalen Ausdrucks der vollständigen Ladekapazität FCC wird eine anfängliche volle Ladekapazität FCCO, die aus einer anfänglichen Spannungsdifferenz Ve0 berechnet wird, geschätzt, eine anfängliche Ladeenergiemenge Ec0 aus der anfänglichen Vollladekapazität FCCO und der Ladekurve wird geschätzt, eine anfängliche Entladeenergiemenge Ed0 aus der anfänglichen Vollladekapazität FCCO und der Entladekurve wird geschätzt, und aus der anfänglichen Ladeenergiemenge Ec0 und der anfänglichen Entladeenergiemenge Ed0 wird ein wirtschaftlicher Nutzen Gnew für einen anfänglichen Lade-Entlade-Zyklus auf der Grundlage des relationalen Ausdrucks des wirtschaftlichen Nutzens G für einen Lade-Entlade-Zyklus geschätzt, der durch eine Gleichung ausgedrückt wird, $$G=\left(T_{high}\times E_d-T_{low}\times E_c\right)/1000$$

  

  basierend auf dem relationalen Ausdruck der vollständigen Ladekapazität FCC, wird eine Lebensdauer-Vollladekapazität FCCend, die aus einer Lebensdauer-Spannungsdifferenz Veend berechnet wird, berechnet und geschätzt, wird eine Lebensende-Ladeenergiemenge Ecend aus der Lebensende-Vollladekapazität FCCend und der Ladekurve geschätzt, wird eine Lebensdauer-Entladungsenergiemenge Edend aus der Lebensdauer-Vollladekapazität FCCend und der Entladungskurve geschätzt, wird aus der Lebensende-Ladeenergiemenge Ecend und der Lebensende-Entladeenergiemenge Edend ein wirtschaftlicher Nutzen Gend für einen Lebensende-Lade-Entladezyklus auf der Grundlage eines relationalen Ausdrucks des wirtschaftlichen Nutzens G für einen Lade-Entladezyklus geschätzt, der durch eine Gleichung repräsentiert wird, $$G=\left(T_{high}\times E_d-T_{low}\times E_c\right)/1000$$

  

  Und ein durch eine Gleichung ausgedrückter Wirtschaftlichkeitsindex SOEc, $$SO{E}_c=\left(G_{curr}-G_{end}\right)/\left(G_{new}-G_{end}\right)$$

  

  wird geschätzt.
• VORTEILHAFTE EFFEKTE
• Da nach der vorliegenden Erfindung die wirtschaftliche Effizienz eines Lithium-Ionen-Akkumulators durch die Schätzung eines Wirtschaftlichkeitsindex SOEc genau erkannt werden kann, ist nach der vorliegenden Erfindung ein wirtschaftlich sinnvoller Betrieb möglich, wenn mehrere wiederaufladbare Batterien integriert und betrieben werden.
• Figurenliste
• 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Energiespeichersystems einschließlich einer Vorrichtung zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz einer wiederaufladbaren Batterie nach einer Ausführungsform darstellt.
• 2 ist eine Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Energiespeichersystems veranschaulicht, in dem eine Vielzahl von Energiespeichergeräten die Netzwerkkommunikation ausführen.
• 3 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz der wiederaufladbaren Batterie veranschaulicht.
• 4 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Verfahrens zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz durch die Vorrichtung zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz der wiederaufladbaren Batterie.
• 5 ist eine Ansicht, die die Koeffizienten eines relationalen Ausdrucks zwischen einer Ladespannung und einer Spannungsdifferenz veranschaulicht.
• 6 ist eine Ansicht, die die Koeffizienten eines relationalen Ausdrucks zwischen einer Entladespannung und einer Spannungsdifferenz veranschaulicht.
• 7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für einen Koeffizienten ai eines Polynomausdrucks veranschaulicht.
• 8 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für einen Koeffizienten bi eines Polynomausdrucks veranschaulicht.
• 9 ist eine Ansicht, die ein polynomielles Regressionsergebnis von Lade-/Entladekurven veranschaulicht.
• 10 ist eine Ansicht, die den Zusammenhang zwischen einer Spannungsdifferenz von einer Entladespannung nach 20 Sekunden ab Entladungsbeginn und einer vollständigen Ladekapazität in einem 8-seriellen Modul der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
• 11 ist eine Ansicht zur Beschreibung einer wirtschaftlichen Leistung, die aus einer Spannungsdifferenz jedes Zyklus geschätzt wird.
• 12 ist eine Ansicht zur Beschreibung einer Lebensdauerdefinition und eines wirtschaftlichen Vorteils am Lebensdauerende.
• 13 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Spannungsdifferenz und einem Wirtschaftlichkeitsindex veranschaulicht.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Vorrichtung zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz einer wiederaufladbaren Batterie und ein Verfahren zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• 1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Energiespeichergerätes einschließlich einer Vorrichtung zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz einer wiederaufladbaren Batterie entsprechend der Ausführungsform. Das Energiespeichergerät 1 besteht hauptsächlich aus einem Spannungsstabilisator (Spannungsstabilisatorsystem) 2, einem Batteriemodul 3, einer Batteriemanagementeinheit (BMU) 4, einer Energiemanagementeinheit (EMU) oder einem Energiemanagementsystem (EMS) 5, einer Vorrichtung zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz 6 und einer Batterietemperaturmesseinheit 7. Obwohl nicht veranschaulicht, wird davon ausgegangen, dass strukturelle Komponenten, die ein gewöhnliches Energiespeichergerät umfasst, in dem Energiespeichergerät der vorliegenden Ausführungsform enthalten sind, und eine detaillierte Beschreibung davon unterbleibt.
• Der Spannungsstabilisator 2 fungiert als sogenannter Konverter, der Strom von einem Stromversorgungssystem 9 eines externen Stromversorgungsunternehmens oder ähnlich, Strom von einem Solarstromerzeugungssystem oder Strom von dem Batteriemodul 3, in Strom umwandelt, der von einem elektrischen Antriebsgerät mit einer bestimmten Last 8 genutzt werden kann. Ferner kann der Spannungsstabilisator 2 die Funktion eines Ladegeräts haben, das eine wiederaufladbare Batterie auflädt. Wenn es sich bei der spezifischen Last 8 beispielsweise um ein elektrisches Gerät handelt, das mit Wechselstrom betrieben wird, wird die von dem Batteriemodul 3 gelieferte Gleichstromenergie in eine elektrische Energieform von Wechselstrom umgewandelt. Darüber hinaus kann, abhängig von dem elektrischen Gerät der spezifischen Last, der Spannungswert der Leistung erhöht werden. Darüber hinaus liefert der Spannungsstabilisator 2 nicht nur Leistung an die spezifische Last 8. Der Spannungsstabilisator 2 gibt auch die im Batteriemodul 3 akkumulierte Energie ab, wenn der Verbrauch der von dem Stromversorgungssystem 9 gelieferten Leistung maximal wird. Durch die Freisetzung der Energie kann der Verbrauch der von dem Stromversorgungssystem 9 gelieferten Leistung gesenkt werden. In diesem Fall, wenn der Leistungsbedarf sinkt, zum Beispiel mitten in der Nacht, kann das Batteriemodul 3 nach der Entladung durch den Spannungsstabilisator 2 vollständig aufgeladen werden.
• Es wird davon ausgegangen, dass die spezifische Last 8, die das Ziel der Stromversorgung des Energiespeichergerätes 1 ist, eine Vorrichtung ist, das mit Strom versorgt werden soll, wenn die Stromversorgung von dem Stromversorgungssystem 9 gestoppt wird (zum Beispiel bei einem Stromausfall). Die spezifische Last 8 ist zum Beispiel ein elektronisches Gerät wie ein Computer oder ein Kommunikationsgerät, und die Stromversorgung für die Sicherung der Stromquelle wird für die spezifische Last 8 durchgeführt.
• Das Batteriemodul 3 umfasst eine Sekundärbatterie (wiederaufladbare Batterie) 11, die eine Gleichspannung ausgibt, eine Zellenüberwachungseinheit (CMU) 12 und eine Schutzeinheit 13. Die Anzahl der Batteriemodule 3 wird entsprechend der Auslegung in Bezug auf eine Stromversorgungsmenge der spezifischen Last oder ähnlich korrekt eingestellt. Wenn eine Sekundärbatterie mit großer Kapazität gebildet wird, können mehrere Batteriemodule 3 elektrisch verbunden und zu einem einzigen Batteriepack zusammengesetzt werden. Darüber hinaus wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Lithium-Ionen-Akkumulator als Beispiel für die Sekundärbatterie 11 beschrieben, die ein Ziel der Abschätzung der Lade-/Entladekurve ist. Die Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann leicht auf eine Batterie mit einer anderen Struktur angewendet werden, wenn die Batterie einen geringen Memory-Effekt und eine gute Selbstentladungscharakteristik hat, wie der Lithium-Ionen-Akkumulator. Die Sekundärbatterie 11 kann auch zum Beispiel auf eine Nanodraht-Batterie oder ähnlich angewendet werden, die eine Verbesserung des Lithium-Ionen-Akkumulators darstellt.
• Die Sekundärbatterie 11 der vorliegenden Ausführungsform ist in Bezug auf ein Batterieinnenmaterial (zum Beispiel ein Elektrodenmaterial) oder eine Zellenstruktur nicht eingeschränkt. Was die Form eines äußeren Teils der Sekundärbatterie 11 betrifft, so kann die Sekundärbatterie 11 von einem zylindrischen Behältertyp, einem rechteckigen Behältertyp und einem Laminattyp sein. Als Anschlussmodus der Sekundärbatterie 11 sind öffentlich bekannte Anschlussmodi einer Einzelbatterie, einer seriell gekoppelten Batterie oder einer parallel gekoppelten Batterie anwendbar.
• Die Batterietemperaturmesseinheit 7 misst die Temperatur mit einem Temperatursensor (nicht abgebildet), der in Kontakt mit jeder Sekundärbatterie 11 angeordnet ist. Obwohl die Umgebungstemperatur, bei der der Lithium-Ionen-Akkumulator in der Vorrichtung verwendbar ist, im Bereich von etwa 5 bis 40 °C liegt, kann je nach Installationsumgebung (kalte Region oder tropische Region) ein Temperaturanpassungsmechanismus für Batterien in der Vorrichtung angebracht werden. Der Temperaturanpassungsmechanismus für Batterien besteht aus einem Lüfter oder einer Heizung zur Durchführung der Temperatureinstellung in einem Bereich (etwa 5 bis 40 °C), in dem die oben beschriebene Sekundärbatterie 11 verwendbar ist. Wenn sich die von der Batterietemperaturmesseinheit 7 gemessene Temperatur auf einen Wert oberhalb des Maximums oder unterhalb der unteren Grenze eines voreingestellten Temperaturbereichs geändert hat, führt der Temperaturanpassungsmechanismus für Batterien eine Temperaturanpassung durch, so dass die Leistung der Batterie nicht verringert werden darf. Wenn der Temperaturbereich, in dem die Sekundärbatterie 11 verwendbar ist, durch zukünftige Batterieverbesserungen erhöht wird, ist es natürlich möglich, den gesamten Temperaturbereich anzupassen.
• Die Zellenüberwachungseinheit 12 misst kontinuierlich die Ausgangsspannung, den Strom und die Temperatur jeder Sekundärbatterie 11 der Einzelbatterie (oder Einzelzelle) und übermittelt das Messergebnis an die Batteriemanagementeinheit 4. Insbesondere misst die Zellenüberwachungseinheit 12 in Übereinstimmung mit der Steuerung eines arithmetischen Reglers 14 (wird später beschrieben) während eines Entladevorgangs zur Schätzung der Lade-/Entladekurve eine Entladespannung Vd innerhalb einer vorgegebenen Zeit, die ab einer Entladezeit festgelegt wird, in der eine Übergangsreaktion aufgrund von Ladungsübertragung verschwindet.
• Darüber hinaus überträgt die Zellenüberwachungseinheit 12 die Ausgangsspannung, den Strom und die Temperatur, die von der Sekundärbatterie 11 erfasst werden, an die Batteriemanagementeinheit 4 als Monitorinformation. Auf der Grundlage der empfangenen Monitorinformationen beurteilt die Batteriemanagementeinheit 4 das Auftreten von Anomalien wie Überladung, Überentladung und Temperaturanstieg, steuert die Schutzeinheit 13 und stoppt die Ladung oder Ausgabe (Entladung) für die Sekundärbatterien 11, wodurch Überladung und Überentladung verhindert werden. Zu beachten ist, dass beim Auftreten einer dringenden Anomalie aufgrund eines Fehlers oder ähnlichem der Sekundärbatterie 11 die Schutzeinheit 13 die Ladung oder Ausgabe (Entladung) für die Sekundärbatterie 11 durch elektrische Abschaltung stoppt. Außerdem kann eine Funktion zur Vermeidung von Gefahren durch Meldung der Anomalie an die Batteriemanagementeinheit 4 bereitgestellt werden. Obwohl die Beurteilung des Auftretens einer Anomalie unabdingbar ist, kann die Beurteilungsfunktion entweder in der Zellenüberwachungseinheit 12 auf der Seite des Batteriemoduls 3 oder in der Batteriemanagementeinheit 4 auf der Seite des Energiespeichergeräts 1 bereitgestellt werden, oder die Sicherheit kann durch eine doppelte Beurteilung erhöht werden, indem die Beurteilungsfunktion sowohl in der Zellenüberwachungseinheit 12 als auch in der Batteriemanagementeinheit 4 bereitgestellt wird. Bei der doppelten Beurteilung wird die Beurteilungspriorität im Voraus festgelegt, und zum Beispiel beurteilt zuerst die Zellenüberwachungseinheit 12 das Auftreten einer Anomalie und dann die Batteriemanagementeinheit 4 als zweite Beurteilung das Auftreten einer Anomalie. Normalerweise wird im Beurteilungsprozess zu diesem Zeitpunkt, wenn eine von zwei Beurteilungseinheiten die Anomalie beurteilt, der Schutzvorgang durch die Schutzeinheit 13 ausgeführt. Obwohl dies von dem Entwurfskonzept abhängt, ist eine solche Konfiguration möglich, dass die Schutzoperation durch die Schutzeinheit 13 nur dann ausgeführt wird, wenn beide Beurteilungseinheiten die Anomalie beurteilen, und ein Alarm ausgegeben wird, wenn nur eine der beiden Beurteilungseinheiten die Anomalie beurteilt.
• Darüber hinaus sammelt die Batteriemanagementeinheit 4 zentral die Monitorinformationen, die von den Zellüberwachungseinheiten 12 der Batteriemodule 3 übertragen werden, und sendet die Monitorinformationen an die Energiemanagementeinheit 5 einer oberen Ebene. Auf der Grundlage der Monitorinformationen weist die Energiemanagementeinheit 5 den Spannungsstabilisator 2 an, das Laden und Entladen der Batteriemodule 3 durchzuführen. In Übereinstimmung mit der Anweisung steuert der Spannungsstabilisator 2 das Laden und Entladen der Batteriemodule 3.
• Die Energiemanagementeinheit 5 besteht aus einem arithmetischen Regler 14, einer Anzeigeeinheit 15, einem Server 16 und einer Schnittstelleneinheit 17.
• Der arithmetische Regler 14 hat die gleiche Funktion wie ein Arithmetikprozessor oder ähnlich eines Computers. Der arithmetische Regler 14 weist die Batteriemanagementeinheit 4 an, die Batteriemodule 3 zu laden und zu entladen, und weist den Spannungsstabilisator 2 an, die Batteriemodule 3 zu laden und zu entladen. Darüber hinaus werden für jedes der Batteriemodule 3 ein maximaler Spannungswert für das Laden und ein minimaler Spannungswert für das Entladen voreingestellt. Der arithmetische Regler 14 gibt auf der Grundlage der von der Energiemanagementeinheit 5 übermittelten Monitorinformationen den Lade- und Entladungsstopp an.
• Die Anzeigeeinheit 15 besteht zum Beispiel aus einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit und zeigt durch die Ansteuerung des arithmetischen Reglers 14 den Betriebszustand des Energiespeichergeräts 1, die Restkapazität oder ähnlich der Batteriemodule 3 (Sekundärbatterien 11) und Alarmelemente an. Außerdem kann die Anzeigeeinheit 15 als Eingabegerät verwendet werden, indem ein Touchpanel oder ähnliches verwendet wird.
• Der Server 16 speichert ständig akkumulierend die neuesten Informationen über den Betriebszustand des Energiespeichergeräts 1, die an die Energiemanagementeinheit 5 gesendet werden, die Monitorinformationen bezüglich der Batteriemodule 3 oder ähnlich sowie die Informationen bezüglich der Lade-/Entladekurven. Wie in 2 dargestellt ist, kommuniziert die Schnittstelleneinheit 17 über ein Kommunikationsnetzwerk 18 wie zum Beispiel das Internet mit einem zentralen Managementsystem 19, das außen installiert ist.
• Als nächstes wird die Vorrichtung zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz 6 der wiederaufladbaren Batterie beschrieben. 3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz 6 der wiederaufladbaren Batterie.
• Die Vorrichtung zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz 6 besteht aus einer Stromversorgungseinheit 22 für die Ladung, einer Entladeeinheit 23, einer Ladeeinheit 24 für die Entladung, einer Spannungsmesseinheit 25, einer Zeitmesseinheit 26 und einem Schätzarithmetikprozessor 27. Die Vorrichtung zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz 6 schätzt einen (später zu beschreibenden) Wirtschaftlichkeitsindex SOEc in den Sekundärbatterien 11 in den Batteriemodulen 3. Der geschätzte Wirtschaftlichkeitsindex SOEc jeder Sekundärbatterie 11 wird auf dem Server 16 gespeichert.
• Die Stromversorgungseinheit 22 zum Laden gibt eine Gleichspannung, die der Nennleistung der Sekundärbatterie 11 entspricht, an die Sekundärbatterie 11 aus und lädt die Sekundärbatterie 11 vollständig auf. Die Stromversorgungseinheit 22 zum Laden ist als exklusive Stromversorgung für die Schätzung des Wirtschaftlichkeitsindex SOEc der Sekundärbatterie 11 vorgesehen. Zusätzlich kann eine Batterielade-Stromversorgungseinheit, die normalerweise im Energiespeichergerät oder im Spannungsstabilisator 2 vorgesehen ist, als Stromversorgungseinheit 22 zum Laden verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform bilden die Spannungsmesseinheit 25 und die Stromversorgungseinheit 22 zum Laden eine Ladeeinheit.
• Die Entladeeinheit 23 umfasst die Ladeeinheit 24 zur Entladung. Die Entladeeinheit 23 verbindet die Sekundärbatterie 11 und die Lasteinheit 24 zur Entladung durch eine Schalterbetätigung (nicht abgebildet) elektrisch miteinander und bewirkt, dass die Sekundärbatterie 11 eine vorgegebene Energiemenge entlädt (hier wird ein konstanter Strom oder eine konstante Spannung angenommen). Die Lasteinheit 24 zur Entladung kann ein Widerstand oder eine elektronische Last sein. Alternativ kann auch ohne eine solche exklusive Last eine Last simuliert und eine Rückspeisung in das Energiesystem durchgeführt werden.
• Die Spannungsmesseinheit 25 misst eine Gleichspannung, die das Batteriemodul 3 (Sekundärbatterie 11) ausgibt. Was den Zeitpunkt der Messung anbelangt, so wird, wie später beschrieben wird, eine Gleichspannung, die von dem Batteriemodul 3 ausgegeben wird, innerhalb einer bestimmten Zeit gemessen, nachdem eine Zeit verstrichen ist, in der eine Übergangsreaktion aufgrund von Ladungsübertragung durch Entladung verschwindet. Zu beachten ist, dass es hinsichtlich der Durchführung der Spannungsmessung auch dann, wenn die Spannungsmessung nicht tatsächlich durchgeführt wird, möglich ist, den Spannungswert, der in den Monitorinformationen enthalten ist, die von der Batteriemanagementeinheit 4 gesendet und im Server 16 der Energiemanagementeinheit 5 gespeichert werden, anwendbar zu verwenden. Die Zeitmesseinheit 26 ist ein Zeitgeber zur Messung einer Zeit, in der der Strom aus dem Batteriemodul 3 entladen wird.
• Der Schätzarithmetikprozessor 27 ist ein Arithmetikprozessor (CPU oder ähnlich), der einen arithmetischen Algorithmus unter Verwendung eines relationalen Ausdrucks (wird später beschrieben) speichert und die wirtschaftliche Effizienz auf der Grundlage des gemessenen Spannungswerts der Sekundärbatterie 11 schätzt. Auch wenn der Schätzarithmetikprozessor 27 nicht ausschließlich in der Vorrichtung zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz 6 der wiederaufladbaren Batterie vorgesehen ist, kann der arithmetische Regler 14 der Energiemanagementeinheit 5 zur Ausführung der Verarbeitungsfunktion ersetzt werden. Wie in 1 dargestellt ist, umfasst das Batteriemodul 3 die Sekundärbatterie (wiederaufladbare Batterie) 11, die Gleichspannung ausgibt, die Zellenüberwachungseinheit 12 und die Schutzeinheit 13. Die Anzahl der Batteriemodule 3 ist entsprechend der Auslegung in der Stromversorgungsmenge der spezifischen Last oder ähnlich richtig eingestellt, und die Batteriemodule 3 bilden eine Sekundärbatterie großer Kapazität. In diesem Fall können mehrere Batteriemodule 3 elektrisch miteinander verbunden und als eine einzige Batterieeinheit gebildet werden.
• Darüber hinaus wird in der vorliegenden Ausführungsform zwar eine Lithium-Ionen-Akkumulator als Beispiel für die Sekundärbatterie 11 beschrieben, die ein Ziel der Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz ist, doch ist die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Die Ausführungsform ist einfach auf eine Batterie mit einer anderen Struktur anwendbar, wenn die Batterie einen geringen Memory-Effekt und eine gute Selbstentladungscharakteristik hat, wie der Lithium-Ionen-Akkumulator, und ist auch auf eine Nanodraht-Batterie oder ähnliches anwendbar, was eine Verbesserung des Lithium-Ionen-Akkumulators darstellt.
• Als nächstes wird unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm von 4 ein Verfahren zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz durch die Vorrichtung zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz der gegenwärtigen Ausführungsform beschrieben.
• Zunächst misst die Spannungsmesseinheit 25 den Ladezustand in der Sekundärbatterie 11 des in dem Energiespeichergerät 1 montierten Batteriemoduls 3. Es wird beurteilt, ob es sich bei der gemessenen Spannung um eine maximale Ladespannung Vcharge-max (im Folgenden als „Vc“ bezeichnet) handelt, die ein voreingestellter Vollladezustand ist (Schritt S1). In dieser Beurteilung wird, wenn die gemessene Spannung nicht der Vollladezustand (NEIN) ist, die Sekundärbatterie 11 durch die Stromversorgungseinheit 22 zum Laden auf die maximale Ladespannung Vc aufgeladen (Schritt S2).
• Wenn der Vollladevorgang durchgeführt wird, werden Überwachung und Steuerung so ausgeführt, dass die Sekundärbatterie 11 nicht über die maximale Ladespannung Vc geladen wird. Als das Ladeverfahren kann ein beliebiges Verfahren mit konstantem Strom, konstantem Strom / konstanter Spannung, konstanter Leistung und konstanter Leistung / konstanter Spannung gewählt werden. Bei dem Konstantstrom- oder dem Konstantleistungsverfahren wird die Spannung der Sekundärbatterie 11 während des Ladens gemessen, und der Ladevorgang wird gestoppt, wenn die Spannung die maximale Ladespannung Vc erreicht hat. Wenn das Verfahren mit konstantem Strom / konstanter Spannung oder konstanter Leistung / konstanter Spannung angewendet wird, wird außerdem ab dem Zeitpunkt, zu dem die Spannung der Batterie die maximale Ladespannung Vc erreicht hat, der Ladestrom verringert, während die Batteriespannung auf der maximalen Ladespannung Vc gehalten wird. Danach wird der Ladevorgang gestoppt, wenn die Zeitmesseinheit eine vorbestimmte feste Zeit ab dem Zeitpunkt, zu dem die Batteriespannung die maximale Ladespannung Vc erreicht hat, gemessen hat, oder wenn der Ladestrom auf einen vorbestimmten festen Wert gesunken ist. Die Ladearbeit kann automatisch durch die Einstellung der Bedingungen oder manuell durch eine für die Messung verantwortliche Person gesteuert werden.
• Nach Abschluss des Ladevorgangs misst die Batterietemperaturmesseinheit 7 die Temperatur der Sekundärbatterie 11, und es wird ein Stabilisierungsvorgang durchgeführt, um die Batterie so lange zu belassen, bis die Batterietemperatur, die durch die Ladung erhöht wird, mit der Umgebungstemperatur übereinstimmt (Schritt S3). Zu beachten ist, dass beim Stabilisierungsvorgang die Zeit, die benötigt wird, bis die Batterietemperatur mit der Umgebungstemperatur übereinstimmt, nicht einheitlich ist und je nach Art der Sekundärbatterie 11 variiert. Darüber hinaus muss die Zeit des Stabilisierungsvorgangs länger als eine solche Zeitspanne sein, dass die Übergangsreaktion nach Abschluss des Ladevorgangs abgeschwächt wird, und beträgt im Allgemeinen mehrere zehn Minuten oder mehr. Wenn die Spannung der Sekundärbatterie 11 nach der Beurteilung von Schritt S1 ungefähr der maximalen Ladespannung Vc (Vollladezustand) (JA) entspricht, wird andererseits die Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz der wiederaufladbaren Batterie durchgeführt.
• Zunächst wird die Sekundärbatterie 11 elektrisch mit der Lasteinheit 24 verbunden und durch die Entladeeinheit 23 entladen und die Entladung gestartet, und die Zeitmesseinheit 26 startet die Zeitmessung (Schritt S4). Als Entladeverfahren kann ein Verfahren mit konstantem Strom oder ein Verfahren mit konstanter Leistung gewählt werden. Nach dem Beginn der Entladung wird beurteilt, ob die Zeit innerhalb einer vorgegebenen (später zu beschreibenden) Zeit gekommen ist, die durch die Zeit bestimmt wird, in der eine Übergangsreaktion durch Ladungsverschiebung verschwindet (Schritt S5). Bei dieser Beurteilung misst das Spannungsmessgerät 25 eine Entladespannung Vdischarge (im Folgenden als „Vd“ bezeichnet) der Sekundärbatterie 11, wenn die Zeit innerhalb der vorgegebenen Zeit (JA) gekommen ist (Schritt S6).
• Als nächstes wird beurteilt, ob die Messung der Entladespannung Vd beendet ist, oder ob die von der Zeitmesseinheit 26 gemessene Zeit den Bereich der vorgegebenen Zeit überschritten hat (Schritt S7). Wenn die Spannungsmessung beendet ist oder wenn die von der Zeitmesseinheit 26 gemessene Zeit den Bereich der vorgegebenen Zeit (JA) überschritten hat, wird bei dieser Beurteilung die Entladung der Sekundärbatterie 11 durch die Entladeeinheit 23 gestoppt (Schritt S8). Wenn dagegen die gemessene Zeit den Bereich der vorgegebenen Zeit überschritten hat (NEIN), wird die Entladung gestoppt (Schritt S8). Wird jedoch die Messung der Entladespannung Vd innerhalb des Bereichs der vorgegebenen Zeit gestartet, wird die Entladung bis zum Ende der Messung fortgesetzt. Zu beachten ist, dass, wenn die Entladespannung Vd nicht innerhalb des Bereichs der spezifizierten Zeit gemessen werden konnte, ein Fehler an die messende Person oder den Manager gemeldet wird. Die Entladung für die Messung kann unter Verwendung der Entladungsstartzeit zu einem Zeitpunkt der tatsächlichen Nutzung durchgeführt werden. Selbst wenn die vorgegebene Messzeit von dem Entladungsbeginn an überschritten wird, gibt es einen Fall, in dem die Entladung je nach Situation fortgesetzt wird. Es versteht sich von selbst, dass die Entladung nach der vorgegebenen Messzeit gestoppt werden kann.
• Anschließend wird ein (später beschriebener) Prozess zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz durchgeführt (Schritt S9). Auf der Grundlage der erfassten Entladespannung Vd werden eine geschätzte Ladespannung Vpc bei einer vorbestimmten Ladekapazität und eine geschätzte Entladespannung Vpd bei einer vorbestimmten Entladekapazität unter Verwendung eines relationalen Ausdrucks (wird später beschrieben) berechnet, und die Lade-/Entladekurven werden aus der berechneten geschätzten Ladespannung Vpc und der geschätzten Entladespannung Vpd geschätzt. Zusätzlich werden eine volle Ladekapazität FCC, eine Ladungsenergiemenge Ec und eine Entladungsenergiemenge Ed in einem vorbestimmten Lade-Entlade-Zyklus und ein wirtschaftlicher Nutzen G in einem Lade-Entlade-Zyklus geschätzt, und ein Wirtschaftlichkeitsindex SOEc wird geschätzt. Der geschätzte Wirtschaftlichkeitsindex SOEc wird auf dem Server 16 der Energiemanagementeinheit 5 gespeichert (Schritt S10). Der gespeicherte Wirtschaftlichkeitsindex SOEc wird auf Anforderung aus dem Server 16 ausgelesen und auf der Anzeigeeinheit 15 angezeigt.
• Zu beachten ist, dass bei der Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz der Ladevorgang bis zu der maximalen Ladespannung Vc oder die Stabilisierung der Batterietemperatur oder die Spannungsmessung, die zum Zeitpunkt des Entladevorgangs durchgeführt wird, für eine einzelne Batterie durchgeführt werden kann. Ferner kann die Einzelbatterie eine Vielzahl von Einzelbatterien sein, die in einer zusammengebauten Batterieeinheit parallel oder in Reihe geschaltet sind. Außerdem kann der Ladevorgang oder die Stabilisierung der Batterietemperatur oder die Spannungsmessung zum Zeitpunkt des Entladevorgangs für eine zusammengebaute Batterieeinheit durchgeführt werden, in der Einzelbatterien parallel oder in Reihe geschaltet sind. Die zusammengebaute Batterieeinheit kann aus mehreren zusammengebauten Batterieeinheiten bestehen, die als Batterieeinheit eines Energiespeichersystems parallel oder in Reihe geschaltet sind.
• Hier wird eine Beschreibung der spezifizierten Zeit gegeben, in der die Entladespannung Vd in dem oben beschriebenen Schritt S5 gemessen wird.
• Die Entladung wird gestartet, indem das Batteriemodul 3 durch die Entladeeinheit 23 elektrisch mit der Ladeeinheit 24 zur Entladung verbunden wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Messung der Entladespannung V_d nicht unmittelbar nach Beginn der Entladung gestartet, sondern die Messung steht bis zum Erreichen eines festen Zeitpunkts an. Diese feste Zeit muss eine Zeit sein, die grösser ist als eine Zeit, in der eine Diffusionsimpedanz aufzutreten beginnt, und sie muss so bemessen sein, dass eine Laderate SOC nicht stark variiert, und die feste Zeit wird auf einige zehn Sekunden eingestellt (zum Beispiel 10 Sekunden bis 70 Sekunden).
• In der vorliegenden Ausführungsform wird der Bereich der angegebenen Zeit auf der Grundlage der Untersuchung eines Messergebnisses vorgegeben, das im Voraus gemessen wird. Hier wird der vorgegebene Zeitbereich, in dem die Entladespannung V_d von dem Entladungsbeginn an gemessen wird, auf zum Beispiel 10 Sekunden bis 70 Sekunden eingestellt. Beträgt diese Bereitschaftszeit weniger als 10 Sekunden, besteht die Sorge, dass durch den Einfluss des Auftretens der Ladungsübertragungsimpedanz die Schätzgenauigkeit der Geschätzten Ladespannungg Vpc und der geschätzten Entladespannung Vpd bei einer vorgegebenen Ladekapazität abnimmt. Wenn die Standby-Zeit etwa 70 Sekunden beträgt, reicht die Standby-Zeit außerdem aus, um die Spannungsmessung zu starten. Selbst wenn die Bereitschaftszeit mehr als 70 Sekunden beträgt, ist bei einer vorgegebenen Ladekapazität keine auffällige Verbesserung der Schätzgenauigkeit der geschätzten Ladespannung Vpc und der geschätzten Entladespannung Vpd zu erwarten, und somit wird die in der Sekundärbatterie 11 gespeicherte Energiemenge durch die Langzeitentladung stark verbraucht. Es versteht sich von selbst, dass dieser angegebene Zeitbereich nur ein Beispiel ist und nicht streng begrenzt ist und bei unterschiedlicher Vorrichtungskonfiguration oder Messcharakteristik variabel ist.
• In der vorliegenden Ausführungsform wird der angegebene Zeitbereich zum Beispiel zwischen 10 Sekunden und 70 Sekunden eingestellt und die Messung der Entladespannung Vd der Sekundärbatterie 11 im Bereich der angegebenen Zeit gestartet. Wenn die Spannungsmessung beendet ist, wird die Entladung der Sekundärbatterie 11 auch im Bereich der angegebenen Zeit, das heißt innerhalb von 70 Sekunden, gestoppt. Wenn die Spannungsmessung nicht gestartet wird, selbst wenn die seit Beginn der Entladung verstrichene Zeit den Bereich der spezifizierten Zeit überschreitet, wird die Entladung gestoppt und dieser Fall als Messfehler behandelt.
• Als nächstes wird der Prozess der Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz der gegenwärtigen Ausführungsform in dem oben beschriebenen Schritt S9 beschrieben.
• Zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz werden zunächst die Lade-/Entladekurven geschätzt. Es wird angenommen, dass eine Differenz zwischen der voreingestellten maximalen Ladespannung Vc und der innerhalb der angegebenen Zeit gemessenen Entladespannung Vd eine Spannungsdifferenz Vdifference (im Folgenden als „Ve“ bezeichnet) ist. Die Lade-/Entladekurven können aus der aus der Spannungsdifferenz Ve geschätzten Ladespannung Vpc bei einer vorgegebenen Ladekapazität und der geschätzten Entladespannung Vpd bei der vorgegebenen Entladekapazität berechnet werden.
• Die Spannungsdifferenz Ve und die geschätzte Ladespannung Vpc bei der vorgegebenen Ladekapazität stehen in einem linearen Verhältnis eines linearen Anstiegs und weisen eine positive Korrelation auf. Dementsprechend wird ein relationaler Ausdruck der Spannungsdifferenz Ve bei jeder Ladungskapazität und der geschätzten Ladespannung Vpc bei der vorbestimmten Ladungskapazität durch lineare Approximation nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate erhalten.
• Basierend auf einem relationalen Ausdruck (1) der vorberechneten Spannungsdifferenz Ve (maximale Spannungsdifferenz) und der geschätzten Ladespannung Vpc, $$\text{Ve}=\text{Vc}-\text{Vd}$$

  

  $$\text{Vpc}=\text{An}\times \text{Ve}+\text{Bn}\left(\text{An und Bn sind Konstanten}\right)$$

  

  kann eine Ladungskurve aus der geschätzten Ladespannung Vpc geschätzt werden, die aus der Spannungsdifferenz Ve berechnet wird. Dabei können die Konstanten An und Bn im Beziehungsausdruck durch lineare Approximation nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate berechnet werden, basierend auf dem Ladeergebnis, das aus einer Vielzahl von Lade-/Entladezyklen der maximalen Spannungsdifferenz Ve und der geschätzten Ladespannung Vpc in einem Lade-/Entladezyklustest des Batteriemoduls erhalten wird. Darüber hinaus haben die Spannungsdifferenz Ve und die geschätzte Entladespannung Vpd bei der vorgegebenen Ladekapazität eine lineare Beziehung einer linearen Abnahme und weisen eine negative Korrelation auf. Dementsprechend wird ein relationaler Ausdruck der Spannungsdifferenz Ve bei jeder Ladekapazität und der geschätzten Entladespannung Vpd bei der vorbestimmten Ladekapazität durch lineare Approximation nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate erhalten. Insbesondere kann auf der Grundlage der vorberechneten maximalen Spannungsdifferenz Ve und der geschätzten Entladespannung eine Ladekurve aus der aus der maximalen Spannungsdifferenz Ve berechneten geschätzten Ladespannung Vpc und auf der Grundlage eines relationalen Ausdrucks (2) von Vpd geschätzt werden, $$\text{Ve}=\text{Vc}-\text{Vd}$$

  

  $$\text{Vpd}=\text{Cn}\times \text{Ve}+\text{Dn}\left(\text{Cn und Dn sind Konstanten}\right)$$

  

  kann eine Entladungskurve aus der aus der maximalen Spannungsdifferenz Ve berechneten geschätzten Entladespannung Vpd geschätzt werden. Dabei können die Konstanten Cn und Dn im relationalen Ausdruck durch lineare Approximation nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate berechnet werden, basierend auf dem Entladeergebnis, das aus einer Vielzahl von Lade-/Entladezyklen der maximalen Spannungsdifferenz Ve und der geschätzten Entladespannung Vpd in einem Lade-/Entladezyklustest des Batteriemoduls erhalten wird.
• Wie oben beschrieben, können Lade-/Entladekurven geschätzt werden, wenn Näherungskurven mit verschiedenen Verfahren, wie zum Beispiel dem Verfahren der kleinsten Quadrate, aus diskreten Daten der geschätzten Ladespannung Vpc und der geschätzten Entladespannung Vpd bei der vorgegebenen Ladekapazität gefunden werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Polynomregressionsanalyse verwendet, die Lade-/Entladekurven durch ein Polynom 12. Ordnung approximiert.
• In der vorliegenden Ausführung wird ein Lithium-Ionen-Akkumulator 8-serielles Modul mit einer Nennkapazität von 500 Ah und einer Nennspannung von 29,6 V verwendet, und ein Lade-/Entladetest wurde mit einem konstanten Leistungsverfahren von 1085 W durchgeführt. Zu beachten ist, dass ein Intervall von 1,5 Stunden zwischen Ladung und Entladung vorgesehen war. Die Messung wurde mit einer Zeitauflösung von 1 Sekunde durchgeführt, und zwar in Bezug auf die Spannung (Auflösung 0,001 V) jeder Zelle, eine Temperatur zwischen den Zellen (Auflösung 0,1 °C) von jeweils zwei Zellen und einen Strom (Auflösung 0,001 A), der durch das gesamte Modul fließt.
• Hier sind die Lade-/Entladekurven Funktionen der geschätzten Ladespannung Vpc und der geschätzten Entladespannung Vpd, die als Vpc(SOC) und Vpd(SOC) als Funktion einer Laderate SOC (= Qc/FCC) ausgedrückt werden können, die ein Wert ist, der durch Division der Ladestrommenge Qc [Ah] durch die volle Ladekapazität FCC [Ah] zu diesem Zeitpunkt erhalten wird. Diese können durch die Gleichungen (3) und (4) als Polynome zwölfter Ordnung ausgedrückt werden. $$\text{Vpc}\left(\text{SOC}\right)={\displaystyle {\sum }_{i=0}^{12}{a}_i}SO{C}^i$$

  

  $$\text{Vpc}\left(\text{SOC}\right)={\displaystyle {\sum }_{i=0}^{12}{b}_i}SO{C}^i$$

  
• Dabei werden die diskreten Daten der Ladestrommenge Qc [Ah] und der Entladestrommenge Qd [Ah] als Qcdig und Qddig angenommen, und eine Ladespannung Vpcdig und eine Entladespannung Vpddig entsprechend Qcdig und Qddig werden durch die Gleichungen (5) bis (8) definiert. $$\text{Qcdig}=\left[\text{Qc1},\text{Qc2},\cdots \text{Qcn}\right]$$

  

  $$\text{Qddig}=\left[\text{Qd1},\text{Qd2},\cdots \text{Qdn}\right]$$

  

  $$\text{Vpcdig}=\left[\text{Vpc1},\text{Vpc2},\cdots \text{Vpcn}\right]$$

  

  $$\text{Vpddig}=\left[\text{Vpd1},\text{Vpd2},\cdots \text{Vpdn}\right]$$

  
• Darüber hinaus können die Ladespannung Vpcdig und die Entladespannung Vpddig durch die Gleichungen (9) und (10) als lineare Funktionen der oben beschriebenen Spannungsdifferenz Ve ausgedrückt werden. $$\text{Vpcdig}=\left[\text{A1Ve}+\text{B1},\text{A2Ve}+\text{B2},\cdots ,\text{AnVe}+\text{Bn}\right]$$

  

  $$\text{Vpddig}=\left[\text{C1Ve}+\text{D1},\text{B2Ve}+\text{D2},\cdots ,\text{CnVe}+\text{Dn}\right]$$

  
• Dabei wird angenommen, dass die diskrete Breite einer Ladestrommenge Qci [Ah] und einer Entladestrommenge Qdi [Ah] 2,3 [Ah] beträgt. Die Koeffizienten Ai und Bi in der Ladestrommenge Qci und die Koeffizienten Ci und Di in der Entladestrommenge Qdi werden durch den Lade-/Entladetest des Batteriemoduls bestimmt und sind in den Tabellen von 5 und 6 dargestellt. 5 ist eine Ansicht, in der die Koeffizienten eines Beziehungsausdrucks zwischen einer Ladespannung Vci und der Spannungsdifferenz Ve dargestellt sind. 6 ist eine Ansicht, die die Koeffizienten eines Beziehungsausdrucks zwischen einer Entladespannung Vdi und der Spannungsdifferenz Ve zeigt.
• Die hier erhaltene Ladespannung Vpcdig und Vpddig sind Vektoren, die der Ladestrommenge Qcdig [Ah] und Qddig [Ah] entsprechen. Um die Ladespannung Vc(SOC) und die Entladespannung Vd(SOC) abzuschätzen, sind Vektoren entsprechend der Laderate SOC erforderlich, und daher werden die Gleichungen umgerechnet. In Bezug auf die Ladestrommenge Qcdig [Ah] und Qddig [Ah] wird, wenn eine diskrete Zersetzungszahl im Bereich der vollständigen Ladekapazität FCC als unendlich angenommen wird, eine Beziehung der Gleichung (11) aufgestellt. $$\text{Fcc}=\text{Qci}+\text{Qdn}-\text{i}$$

  
• Die Ladespannung Vpc(SOC) und die Entladespannung Vpd(SOC) können aus den oben beschriebenen Gleichungen (3), (4), (7), (8) und (11) als die folgenden Gleichungen (12) und (13) ausgedrückt werden. $$\begin{array}{c}\text{Vpc dig}\left(\text{SOC}\right)=\text{Vpc dig}\left(\text{Qc dig}/\text{FCC}\right)\\ ={\displaystyle {\sum }_{i=0}^{12}{a}_i{\left(\text{Qc dig}/\text{FCC}\right)}^{\text{i}}}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{c}\text{Vpd dig}\left(\text{SOC}\right)=\text{Vpd dig}\left(\text{FCC}-\text{Qd dig}/\text{FCC}\right)\\ ={{\displaystyle {\sum }_{i=0}^{12}{a}_i\left(\text{FCC}-\text{Qd dig}/\text{FCC}\right)}}^{\text{i}}\end{array}$$

  
• Wie später beschrieben wird, können, da die volle Ladekapazität FFC aus der Spannungsdifferenz Ve abgeschätzt werden kann, die Ladespannungen Vpcdig und Vpddig mit Hilfe der Gleichungen (12) und (13) in Vektoren umgewandelt werden, die der Laderate SOC entsprechen. Indem die Koeffizienten Ai, Bi, Ci und Di im Voraus gefunden werden, können die Koeffizienten ai und bi des Polynoms 12. Ordnung, das die Lade-/Entladekurven darstellt, durch die Gleichungen (12) und (13) angepasst werden.
• Insbesondere stellt sich das Problem der Optimierung zur Minimierung der Bewertungskoeffizienten Jc und Jd in den folgenden Gleichungen (14) bis (19). $$X_c=\left(\begin{array}{ccc}{\left(\frac{Q_{c1}}{FCC}\right)}^{12}& \cdots & {\left(\frac{Q_{c1}}{FCC}\right)}^0\\ ⋮& \ddots & ⋮\\ {\left(\frac{Q_{cn}}{FCC}\right)}^{12}& & {\left(\frac{Q_{cn}}{FCC}\right)}^0\end{array}\right)$$

  

  $$X_d=\left(\begin{array}{ccc}{\left(\frac{FCC-Q_{d1}}{FCC}\right)}^{12}& \cdots & {\left(\frac{FCC-Q_{d1}}{FCC}\right)}^0\\ ⋮& \ddots & ⋮\\ {\left(\frac{FCC-Q_{dn}}{FCC}\right)}^{12}& \cdots & {\left(\frac{FCC-Q_{dn}}{FCC}\right)}^0\end{array}\right)$$

  

  $$\text{a}=\left[{\text{a}}_1,{\text{a}}_2,\cdots {\text{a}}_{\text{12}}\right]$$

  

  $$\text{b}=\left[{\text{b}}_1,{\text{b}}_2,\cdots {\text{b}}_{\text{12}}\right]$$

  

  $$J_c=\Vert V_{cdig}-a{X}_C^T\Vert$$

  

  $$J_d=\Vert V_{ddig}-b{X}_C^T\Vert$$

  
• 7 veranschaulicht den Koeffizienten ai, der durch das obige Verfahren approximiert wird, und 8 veranschaulicht den Koeffizienten bi. 7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für den Koeffizienten ai des Polynomausdrucks veranschaulicht. 8 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für den Koeffizienten bi des Polynomausdrucks veranschaulicht. Darüber hinaus ist 9 eine Ansicht, die ungefähre Kurven von Polynom-Regressionsergebnissen von Lade-/Entladekurven veranschaulicht. In der vorliegenden Ausführungsform wird die ungefähre Gleichung des Polynoms 12. Ordnung durch die Polynom-Regressionsanalyse gefunden, aber die ungefähren Kurven können durch eine Kurvenanpassung mit einem geeigneten Verfahren gefunden werden.
• Darüber hinaus kann die volle Ladekapazität FCC aus der Spannungsdifferenz Ve abgeschätzt werden. 10 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Spannungsdifferenz Ve von der Entladespannung Vd nach 20 Sekunden ab Entladebeginn und der vollständigen Ladekapazität FCC im 8-sertigen Modul der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Spannungsdifferenz Ve und die volle Ladekapazität FCC stehen in einem engen Zusammenhang und haben eine Beziehung eines linearen Ausdrucks. Wenn man den Beziehungsausdruck im Voraus findet, kann die volle Ladekapazität FCC aus der Spannungsdifferenz Ve geschätzt werden. Insbesondere kann die Vollladungskapazität FCC durch die folgende Gleichung (20) geschätzt werden. $$\text{FCC}=\text{M}\times \text{Ve}+\text{N}\left(\text{M und N sind Konstanten}\right)$$

  
• Wenn die volle Ladekapazität FCC und die Ladespannung Vpc(SOC) und die Entladespannung Vpd(SOC) geschätzt werden können, kann eine Ladungsenergiemenge Ec (Wh) und eine Entladungsenergiemenge Ed (Wh) durch die folgenden Gleichungen geschätzt werden. $$E_c=FCC{\displaystyle {\int }_0^1{V}_c\left(SOC\right)dSOC}$$

  

  $$E_d=FCC{\displaystyle {\int }_0^1{V}_d\left(SOC\right)dSOC}$$

  
• Wenn hier ein Stromtarif in einer Zeitzone mit einem hohen Tarif Thigh [Yen/kWh] und ein Stromtarif in einer Zeitzone mit einem niedrigen Tarif Tlow [Yen/kWh] ist, kann ein wirtschaftlicher Nutzen G [Yen/kWh] in einem Lade-Entlade-Zyklus durch die folgende Gleichung (23) ausgedrückt werden. $$G=\left(T_{high}\times E_d-T_{low}\times E_c\right)/1000$$

  
• 11 veranschaulicht einen wirtschaftlichen Nutzen G [Yen/kWh], der durch Schätzung der Ladeenergiemenge Ec und der Entladeenergiemenge Ed aus der Spannungsdifferenz Ve beim Lade-/Entladetest des Lithium-Ionen-Akkumulator 8-Seriellen Moduls der vorliegenden Ausführungsform erhalten wird. Zu beachten ist, dass ein hoher Wert Thigh des Stromtarifs auf 25,33 Yen/kWh und ein niedriger Wert Tlow auf 17,46 Yen/kWh festgelegt ist, unter Bezugnahme auf den Smart Life Plan (Stand 16. September 2017) von TEPCO Energy Partner, Incorporated.
• Im Allgemeinen hat der wirtschaftliche Nutzen G (Yen/kWh) der wiederaufladbaren Batterie den höchsten Wert, wenn es sich bei der wiederaufladbaren Batterie um eine neue Batterie handelt, die einen hohen Wert der Lade-/Entladeeffizienz (Wh/Wh) aufweist, und der wirtschaftliche Nutzen G (Yen/kWh) der wiederaufladbaren Batterie zum Zeitpunkt des Lebensendes der wiederaufladbaren Batterie, bei dem die Degradation der wiederaufladbaren Batterie fortschreitet und die volle Ladekapazität FCC (Ah) und die Lade-/Entlade-Effizienz (Wh/Wh) niedrige Werte haben, am niedrigsten ist. Im Falle des Lithium-Ionen-Akkumulators wird der Zeitpunkt, an dem die volle Ladekapazität FCC (Ah) auf 60% oder 80% der vollständigen Ladekapazität FCC (Ah) zu einem Zeitpunkt gesunken ist, an dem der Lithium-Ionen-Akkumulator neu war, üblicherweise als Zeitpunkt des Lebensendes definiert.
• Hier wird unter der Annahme, dass der Zeitpunkt, zu dem ein wirtschaftlicher Wert Gnew einer neuen wiederaufladbaren Batterie erreicht wird, 1 ist und der Zeitpunkt, zu dem nur ein wirtschaftlicher Nutzen Gend einer wiederaufladbaren Batterie zum Zeitpunkt des Lebensendes erreicht wird, 0 ist, SOEc (wirtschaftliche Lage, engl. State of Economy), das heißt ein Wirtschaftlichkeitsindex der wiederaufladbaren Batterie, der den Zustand eines aktuellen wirtschaftlichen Wertes Gcurr der wiederaufladbaren Batterie darstellt, durch die folgende Gleichung (24) definiert. $$SO{E}_c=\left(G_{curr}-G_{end}\right)/\left(G_{new}-G_{end}\right)$$

  

  wobei G ein wirtschaftlicher Nutzen für einen Lade-Entlade-Zyklus ist, der durch Gleichung (23) ausgedrückt wird, Gcurr ein aktueller wirtschaftlicher Wert für einen Lade-Entlade-Zyklus ist, Gnew ein wirtschaftlicher Nutzen für einen Lade-Entlade-Zyklus zu einem Zeitpunkt ist, an dem der wiederaufladbare Batterie neu ist, und Gend ein wirtschaftlicher Nutzen für einen Lade-Entlade-Zyklus zu einem Zeitpunkt ist, an dem die Lebensdauer der wiederaufladbaren Batterie endet.
• Der aktuelle wirtschaftliche Vorteil Gcurr für einen Lade-Entlade-Zyklus kann durch den relationalen Ausdruck des wirtschaftlichen Vorteils G für einen Lade-Entlade-Zyklus geschätzt werden, indem das folgende Schätzergebnis verwendet wird. Zunächst wird eine Ladekurve geschätzt, indem eine Näherungskurve auf der Grundlage einer Vielzahl der geschätzten Ladespannungen Vpc ermittelt wird. Eine Entladekurve wird geschätzt, indem man eine ungefähre Kurve auf der Grundlage einer Vielzahl der geschätzten Entladespannungen Vpd findet. Auf der Grundlage des relationalen Ausdrucks der vorberechneten Spannungsdifferenz Ve und der vollständigen Ladekapazität FCC der Sekundärbatterie wird ein FCCcurr der vollständigen Ladekapazität des aktuellen Lade-Entlade-Zyklus, der aus der Spannungsdifferenz Ve berechnet wird, geschätzt. Aus dem FCCcurr und der Ladekurve wird eine Vollladungsenergiemenge Ecurr des aktuellen Lade-Entlade-Zyklus geschätzt. Die Entladungsenergiemenge Edcurr des aktuellen Lade-Entlade-Zyklus wird aus der Vollladekapazität FCCcurr und der Entladekurve geschätzt.
  Darüber hinaus kann der wirtschaftliche Nutzen Gnew für einen Lade-/Entladezyklus zu einem Zeitpunkt, zu dem der wiederaufladbare Batterie neu ist, anhand des folgenden Schätzergebnisses auf der Grundlage des relationalen Ausdrucks geschätzt werden. Zunächst wird auf der Grundlage des relationalen Ausdrucks der vollständigen Ladekapazität FCC eine anfängliche volle Ladekapazität FCCO, die aus einer anfänglichen Spannungsdifferenz Ve0 berechnet und geschätzt wird, und eine anfängliche Ladeenergiemenge Ec0 aus der anfänglichen vollständigen Ladekapazität FCCO und der Ladekurve geschätzt. Ferner wird eine anfängliche Entladungsenergiemenge Ed0 aus der anfänglichen Vollladekapazität FCCO und der Entladekurve geschätzt, und es wird eine anfängliche Ladeenergiemenge Ec0 und eine anfängliche Entladungsenergiemenge Ed0 gefunden.
• Unter der Annahme, dass sich das Stromtarifsystem nach Zeitzonen nicht ändert und dass sich die Degradationsneigung des Lithium-Ionen-Akkumulators nicht ändert, können sowohl die Vollladekapazität FCC [Ah] als auch die Lade-/Entladekurven, die den wirtschaftlichen Nutzen bestimmen, aus der Spannungsdifferenz Ve abgeschätzt werden. Entsprechend kann das SOEc aus der Spannungsdifferenz Ve des stationären Lithium-Ionen-Akkumulators, der betrieben wird, geschätzt werden. Unter der Annahme, dass eine Lebensdauer-Vollladekapazität FCCend mit der anfänglichen Lendrate (0 < Lendrate < 1) multipliziert wird und die Beziehung zwischen der Spannungsdifferenz Ve und der Vollladekapazität FCC Gleichung (20) ist, kann eine Lebensdauer-Spannungsdifferenz Veend durch Gleichung (25) aus der Anfangsspannungsdifferenz Ve0 berechnet werden. Lade-/Entladekurven am Ende der Lebensdauer können aus der Lebensdauer-Spannungsdifferenz Veend erhalten werden, und daraus kann ein wirtschaftlicher Nutzen am Ende der Lebensdauer Gend abgeleitet werden.
• Die Lade-/Entladekurven am Ende der Lebensdauer lassen sich aus der lebenslangen Spannungsdifferenz Veend ermitteln, eine lebenslange Ladeenergiemenge Ecend und eine lebenslange Entladeenergiemenge Edend werden aus der lebenslangen Vollladekapazität FCCend und den Lade-/Entladekurven am Ende der Lebensdauer geschätzt, und daraus lässt sich der wirtschaftliche Nutzen Gend am Ende der Lebensdauer ableiten. $$V_{eend}=L_{endrate}\left(V_{e}0+\frac{N}{M}\right)-\frac{N}{M}$$

  
• 12 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Lebensdauerdefinition Lendrate und dem wirtschaftlichen Vorteil Gend am Ende der Lebensdauer in dem Fall, dass, ähnlich wie oben beschrieben, der hohe Wert Thigh des Stromtarifs auf 25,33 Yen/kWh und der niedrige Wert Tlow auf 17,46 Yen/kWh festgelegt wird. Wenn der Gend gefunden wird, kann SOEc ermittelt werden. Wenn beispielsweise bei dem in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Lithium-Ionen-Akkumulator 8-serielles Modul die Lebensdauerdefinition Lendrate auf 0,6, 0,7 und 0,8 eingestellt ist, besteht, wie in 13 gezeigt, eine Beziehung zwischen der Spannungsdifferenz Ve und dem Wirtschaftlichkeitsindex SOEc.
• Die Spannungsdifferenz Ve kann gemessen werden, während der stationäre Lithium-Ionen-Akkumulator betrieben wird. Wenn dementsprechend die Beziehung zwischen der Spannungsdifferenz Ve und der Vollladekapazität FCC und der Lade-/Entladespannung Vc(SOC), Vd(SOC) im Voraus ermittelt wird, kann daraus der Wert des Wirtschaftlichkeitsindex SOEc ermittelt werden. Wenn der wirtschaftlichen Effizienzindex SOEc von stationären Lithium-Ionen-Akkumulatoren, die als verteiltes kooperatives System installiert sind, in Echtzeit ermittelt werden kann, kann unter den kooperativ gesteuerten stationären Lithium-Ionen-Akkumulatoren eine stationäre Lithium-wiederaufladbare Batterie mit hoher Rentabilität selektiv betrieben und ein Betrieb mit hoher wirtschaftlicher Effizienz durchgeführt werden.
• Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Geist der Erfindung abzuweichen. Ferner werden verschiedene Erfindungen, die das oben beschriebene Problem lösen, durch Auswahl oder Kombination von strukturellen Elementen, die offenbart werden, extrahiert.
• Bezugszeichenliste

1

Energiespeicher,

2

Spannungsstabilisator,

3

Batteriemodul,

4

Batteriemanagementeinheit,

5

Energiemanagementeinheit,

6

Vorrichtung zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz,

7

Batterietemperaturmesseinheit,

8

Spezifische Last,

9

Stromversorgungssystem,

11

Sekundärbatterie,

12

Zellenüberwachungseinheit,

13

Schutzeinheit,

14

Arithmetischer Regler,

15

Anzeigeeinheit,

16

Server,

17

Schnittstelleneinheit,

18

Kommunikationsnetzwerk,

19

Zentrales Managementsystem,

22

Stromversorgungseinheit zum Laden,

23

Entladeeinheit,

24

Lasteinheit für Entladung,

25

Spannungsmesseinheit,

26

Zeitmesseinheit,

27

Schätzarithmetikprozessor.

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2014044149 [0003]
• JP 2002131402 [0003]

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Abschätzung der wirtschaftlichen Effizienz einer Batterie, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Ladeeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Ladezustand einer Sekundärbatterie erkennt und die Sekundärbatterie bis zu einer vorgegebenen maximalen Ladespannung vollständig auflädt; eine Entladeeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Last mit der vollständig aufgeladenen Sekundärbatterie elektrisch verbindet und den Strom von der Sekundärbatterie entlädt; eine Spannungsmesseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Entladespannung misst, indem sie die Messung innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereichs nach Ablauf einer Zeit beginnt, in der eine Übergangsreaktion aufgrund von Ladungsübertragung in der Sekundärbatterie von einem Entladebeginn durch die Entladeeinheit verschwindet; und einen Schätzarithmetikprozessor, der so konfiguriert ist, dass er einen durch eine Gleichung repräsentierten Wirtschaftlichkeitsindex SOEc schätzt: $$SO{E}_c=\left(G_{curr}-G_{end}\right)/\left(G_{new}-G_{end}\right)$$

   

   wobei G ein wirtschaftlicher Nutzen für einen Lade-Entlade-Zyklus ausgedrückt durch (Thigh X Ed - Tlow × Ec)/1000 ist, wobei Gcurr ein wirtschaftlicher Nutzen für einen aktuellen Lade-Entlade-Zyklus ist, Gnew ein wirtschaftlicher Nutzen für einen Lade-Entlade-Zyklus zu einem Zeitpunkt ist, zu dem die Sekundärbatterie neu ist, und Gend ein wirtschaftlicher Nutzen für einen Lade-Entlade-Zyklus zu einem Zeitpunkt, an dem eine Batterielebensdauer endet, ist, und ferner Ec [Wh] eine Ladungsenergiemenge, Ed [Wh] eine Entladungsenergiemenge, Thigh [Yen/kWh] ein Stromtarif in einer Zeitzone mit einem hohen Stromtarif und Tlow [Yen/kWh] ein Stromtarif in einer Zeitzone mit einem niedrigen Stromtarif sind, wobei die Gleichung korreliert ist durch Nutzung einer Spannungsdifferenz zwischen der durch Messung berechneten Entladespannung und der maximalen Ladespannung, wobei die Spannungsdifferenz vorberechnet ist, und einer Vollladekapazität und einer Lade-/Entladeenergiemenge der Sekundärbatterie.
2. Wirtschaftlichkeitsschätzverfahren einer Batterie zum Schätzen eines Wirtschaftlichkeitsindex SOEc einer Sekundärbatterie durch eine Vorrichtung zur Schätzung der wirtschaftlichen Effizienz einer Batterie, wobei das Verfahren aufweist: einen Vollladevorgang zum Laden der Sekundärbatterie bis zu einer voreingestellten maximalen Ladespannung Vc; einen Stabilisierungsvorgang, bei dem die Temperatur einer Batterie nach dem Vollladevorgang mit der Umgebungstemperatur in Einklang gebracht wird; einen Entlastungsvorgang, der nach dem Stabilisierungsvorgang durchgeführt wird; einen Ladespannungsschätzvorgang zum Berechnen und Schätzen einer geschätzten Ladespannung Vpc bei einer vorbestimmten Ladekapazität der Sekundärbatterie in Bezug auf eine Vielzahl von Ladekapazitäten; und einen Entladespannungsschätzvorgang zum Berechnen und Schätzen einer Schätzentladespannung Vpd bei der vorbestimmten Entladekapazität der Sekundärbatterie in Bezug auf eine Vielzahl von Entladekapazitäten, wobei die wirtschaftliche Effizienz so geschätzt wird: eine Spannungsdifferenz Ve zwischen einer Entladespannung Vd, die durch eine innerhalb einer bestimmten Zeit nach dem Verschwinden einer Übergangsreaktion aufgrund von Ladungsübertragung im Entladungsvorgang gestartete Messung erfasst wird, und der maximalen Ladespannung Vc wird berechnet, ein Lade-/Entladeschätzvorgang wird ausgeführt, in dem die aus der Spannungsdifferenz Ve berechnete geschätzt Ladespannung Vpc bei der vorgegebenen Ladekapazität auf der Grundlage eines relationalen Ausdrucks wird geschätzt, $$\text{Ve}=\text{Vc}-\text{Vd}$$

   

   $$\text{Vpc}=\text{An}\times \text{Ve}+\text{Bn}\left(\text{An und Bn sind Konstanten}\right)$$

   

   zwischen der vorberechneten Spannungsdifferenz Ve und der geschätzten Ladespannung Vpc bei der vorgegebenen Ladekapazität, und die aus der Spannungsdifferenz Ve berechnete geschätzte Entladespannung Vpd bei der vorgegebenen Entladekapazität auf der Grundlage eines relationalen Ausdrucks wird geschätzt, $$\text{Ve}=\text{Vc}-\text{Vd}$$

   

   $$\text{Vpd}=\text{Cn}\times \text{Ve}+\text{Dn}\left(\text{Cn und Dn sind Konstanten}\right)$$

   

   zwischen der vorberechneten Spannungsdifferenz Ve und der geschätzten Entladespannung Vpd bei der vorgegebenen Entladekapazität der Sekundärbatterie, aus dem Lade-/Entladeschätzvorgang wird eine Ladekurve durch Auffinden einer Näherungskurve auf der Grundlage einer Vielzahl der geschätzten Ladespannungen Vpc geschätzt, und eine Entladekurve wird durch Auffinden einer Näherungskurve auf der Grundlage einer Vielzahl der geschätzten Entladespannungen Vpd geschätzt, basierend auf einem relationalen Ausdruck, FCC = M × Ve + N (M und N sind Konstanten) zwischen der vorberechneten Spannungsdifferenz Ve und einer vollständigen Ladekapazität FCC der Sekundärbatterie, eine volle Ladekapazität FCCcurr eines aktuellen Lade-Entlade-Zyklus, die aus der Spannungsdifferenz Ve berechnet wird, wird geschätzt, eine Ladeenergiemenge Eccurr des aktuellen Lade-Entlade-Zyklus wird aus der vollständigen Ladekapazität FCCcurr und der Ladekurve wird geschätzt, und eine Entladeenergiemenge Edcurr des aktuellen Lade-Entlade-Zyklus wird aus der vollständigen Ladekapazität FCCcurr und der Entladekurve geschätzt, aus einem relationalen Ausdruck eines wirtschaftlichen Nutzens G für einen Lade-Entlade-Zyklus, der durch eine Gleichung ausgedrückt wird, $$G=\left(T_{high}\times E_d-T_{low}\times E_c\right)/1000$$

   

   wird ein wirtschaftlicher Nutzen Gcurr für einen aktuellen Lade-Entlade-Zyklus geschätzt, und auf der Grundlage des relationalen Ausdrucks der vollständigen Ladekapazität FCC wird eine anfängliche volle Ladekapazität FCCO, die aus einer anfänglichen Spannungsdifferenz Ve0 berechnet wird, geschätzt, eine anfängliche Ladeenergiemenge Ec0 aus der anfänglichen Vollladekapazität FCCO und der Ladekurve wird geschätzt, eine anfängliche Entladeenergiemenge Ed0 aus der anfänglichen Vollladekapazität FCCO und der Entladekurve wird geschätzt, und aus der anfänglichen Ladeenergiemenge Ec0 und der anfänglichen Entladeenergiemenge Ed0 wird ein wirtschaftlicher Nutzen Gnew für einen anfänglichen Lade-Entlade-Zyklus auf der Grundlage des relationalen Ausdrucks des wirtschaftlichen Nutzens G für einen Lade-Entlade-Zyklus geschätzt, der durch eine Gleichung ausgedrückt wird, $$G=\left(T_{high}\times E_d-T_{low}\times E_c\right)/1000$$

   

   basierend auf dem relationalen Ausdruck der vollständigen Ladekapazität FCC, wird eine Lebensdauer-Vollladekapazität FCCend, die aus einer Lebensdauer-Spannungsdifferenz Veend berechnet wird, berechnet und geschätzt, wird eine Lebensende-Ladeenergiemenge Ecend aus der Lebensende-Vollladekapazität FCCend und der Ladekurve geschätzt, wird eine Lebensdauer-Entladungsenergiemenge Edend aus der Lebensdauer-Vollladekapazität FCCend und der Entladungskurve geschätzt, wird aus der Lebensende-Ladeenergiemenge Ecend und der Lebensende-Entladeenergiemenge Edend ein wirtschaftlicher Nutzen Gend für einen Lebensende-Lade-Entladezyklus auf der Grundlage eines relationalen Ausdrucks des wirtschaftlichen Nutzens G für einen Lade-Entladezyklus geschätzt, der durch eine Gleichung repräsentiert wird, $$G=\left(T_{high}\times E_d-T_{low}\times E_c\right)/1000$$

   

   und ein durch eine Gleichung ausgedrückter Wirtschaftlichkeitsindex SOEc, $$SO{E}_c=\left(G_{curr}-G_{end}\right)/\left(G_{new}-G_{end}\right)$$

   

   wird geschätzt.

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