DE112018007494T5

DE112018007494T5 - Speicherbatterie-diagnoseeinrichtung, speicherbatterie-diagnoseverfahren und speicherbatterie-steuerungssystem

Info

Publication number: DE112018007494T5
Application number: DE112018007494.3T
Authority: DE
Inventors: Tomoki Takegami; Toshihiro Wada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2020-12-31
Also published as: US20200393518A1; JP2019184581A; JP6768100B2; WO2019202752A1; US11598817B2; CN111954823A; CN111954823B

Abstract

Es wird eine Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung aufgezeigt, die Folgendes aufweist: eine Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit (106), die so ausgebildet ist, dass sie eine positive Elektroden-OCV-Modellfunktion und eine negative Elektroden-OCV-Modellfunktion für N Speicherbatterien durch eine Summe von OCV Elementfunktionen erzeugt; und eine Speicherbatterie-Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit (107), die ausgebildet ist, um eine Speicherbatterie-Modellfunktion basierend auf der positiven Elektroden-OCV-Modellfunktion und der negativen Elektroden-OCV-Modellfunktion zu erzeugen, und eine Auswertefunktion L zu erzeugen, die einen Fehler zwischen den in der Datenspeichereinheit (104) gespeicherten Zeitreihen-Daten und Zeitreihen-Daten auf unter Verwendung der Speicherbatterie-Modellfunktion berechneten Schätzdaten anzeigt, um dadurch eine solche optimale Gruppe von Schätzparametern der Speicherbatterie-Modellfunktionen für die jeweiligen Speicherbatterien zu berechnen, dass der Wert der Auswertefunktion L minimiert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung und ein Speicherbatterie-Diagnoseverfahren, die zur Diagnose der Degradation/Alterung einer Speicherbatterie ausgebildet sind.
STAND DER TECHNIK
Es ist bekannt, dass eine Speicherbatterie im Laufe ihrer Nutzung immer mehr abgebaut wird, was zu einer Verschlechterung ihrer Leistung führt. Daher ist eine Technologie zur Diagnose der Degradation einer Speicherbatterie erforderlich, um den Zeitpunkt für den Austausch der Speicherbatterie zu bestimmen und ihre Lebensdauer vorauszusagen. Ferner wird davon ausgegangen, dass aufgrund weit verbreiteter Verwendung von festen Stromspeichersystemen und der weit verbreiteten Verwendung elektrisch angetriebener Fahrzeuge, wie z.B. eines Elektrofahrzeugs (EV), eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEV) oder eines Plug-in-Hybridfahrzeugs (PHV), eine große Anzahl gebrauchter Batterien anfällt. Infolgedessen besteht ein erhöhter Bedarf an der Diagnose der Degradation gebrauchter Batterien, was für die Wiederverwendung einer Speicherbatterie eine Voraussetzung ist.
Bei der Diagnose einer Speicherbatterie ist eine zerstörungsfreie und spezifische Degradationsdiagnosetechnik erforderlich, die z.B. Messwerte eines Stromes und einer Spannung verwendet.
Als bekannte Speicherbatterie-Diagnosetechnik ist ein sogenanntes dV/dQ-Kurvenanalyseverfahren bekannt, das Daten zur Differenzierung einer Spannung V in Bezug auf die Elektrizitätsmenge Q verwendet (siehe z.B. Nicht-Patentdokument 1). Bei der dV/dQ-Kurvenanalysemethode wird eine spezifische Degradationsanalyse durchgeführt, indem man sich auf die Peakposition und Peakform einer dV/dQ-Kurve konzentriert, die sich jeweils von einer positiven und einer negativen Elektrode ableitet, basierend auf der Tatsache, dass die Spannung einer Speicherbatterie als eine Kombination von Potentialen der positiven und der negativen Elektrode dargestellt wird.
Wenn zu diesem Zeitpunkt die dV/dQ-Kurve sowohl der positiven als auch der negativen Elektrode im Voraus, z.B. durch Zerlegen einer Speicherbatterie, erfasst wird, ist es möglich, eine genaue Degradationsanalyse durchzuführen (siehe z.B. Patentdokument 1). In dem Patentdokument 1 werden historische Daten über Messwerte chronologisch erfasster Spannungswerte und Stromwerte der Speicherbatterie verwendet.
Darüber hinaus wird auch eine Technologie beschrieben, mit der die Degradation einer positiven und einer negativen Elektrode im Detail diagnostiziert werden kann, indem Informationen über eine OCV-Kurve (Open Circuit Voltage) der positiven und der negativen Elektrode verwendet werden, die im Voraus erfasst worden sind, oder indem eine Referenzelektrode zu einer Speicherbatterie hinzugefügt wird, um z.B. die Messung von Potentialen der positiven und der negativen Elektrode zu ermöglichen, um dadurch Spannungsdaten zum Zeitpunkt des Ladens und Entladens in Datenstücke über OCVs der positiven und der negativen Elektrode zu trennen (siehe z.B. Patentdokument 2 und Patentdokument 3).
Um einen ähnlichen Ansatz für die Schätzung des Ladezustands (SOC) anzuwenden, wird außerdem eine Technologie zur Aktualisierung einer SOC-OCV-Kurve beschrieben, die eine Assoziationsbeziehung zwischen einem SOC und einer OCV darstellt, indem eine Formänderung der SOC-OCV-Kurve aufgrund von Degradation identifiziert wird (siehe z.B. Patentdokument 4). Wenn es einen Fehler in der SOC-OCV-Kurve gibt, wird die Genauigkeit der Schätzung des SOC zum Zeitpunkt der Umwandlung der OCV in den SOC verschlechtert, und daher ist die Aktualisierung der SOC-OCV-Kurve ebenfalls eine wichtige Technologie.
STAND DER TECHNIK

Patentdokument 1: Japanisches Patent JP 6 123 844 B2
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013-140 037 A
Patentdokument 3: Japanisches Patent JP 6 151 163 B2
Patentdokument 4: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2015-230 193 A Nicht-Patentdokument: Bloom Ira et al.: „Differential Voltage Analyses of high-power, lithium-ion cells: 1. Technique and application", Journal of Power Sources 139 (2005), 16. Sept. 2004, Seiten 295 bis 303

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Die oben erwähnte Technologie hat jedoch das Problem, dass Informationen über die OCV-Kurve einer positiven Elektrode und die OCV-Kurve einer negativen Elektrode bzw. Informationen über die dV/dQ-Kurven der positiven Elektrode und der negativen Elektrode benötigt werden. Um diese Informationen zu erhalten, müssen diese Informationen vorab durch die Verwendung einer speziellen Speicherbatterie mit einer Referenzelektrode, die die Messung der Potentiale der positiven Elektrode und der negativen Elektrode ermöglicht, oder durch die Demontage einer Speicherbatterie z.B. für die Messung erfasst werden. Speicherbatterien mit einer Referenzelektrode sind jedoch für den allgemeinen Gebrauch nicht weit verbreitet, und die Demontage und Messung einer Speicherbatterie erfordert z.B. Fachwissen und eine Testumgebung.
Wenn eine Vielzahl von Speicherbatterien verschiedener Hersteller diagnostiziert werden soll, ist es außerdem äußerst schwierig, im Voraus Informationen über alle positiven und negativen Elektroden zu erhalten. Daher besteht ein Bedarf an einer Technologie, die eine Diagnose der Degradation einer Speicherbatterie auch dann realisieren kann, wenn nur begrenzte für die Diagnose einer Speicherbatterie notwendige Informationen erfasst werden können.
Die vorliegende Erfindung soll die oben genannten Probleme lösen und hat die Aufgabe, eine Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung und ein Speicherbatterie-Diagnoseverfahren anzugeben, die es ermöglichen, die Degradation einer Speicherbatterie auch dann zu diagnostizieren, wenn keine Vorinformationen über eine positive Elektroden-OCV-Kurve und eine negative Elektroden-OCV-Kurve der Speicherbatterie oder über eine positive Elektroden-dV/dQ-Kurve und eine negative Elektroden-dV/dQ-Kurve der Speicherbatterie vorliegen.
Mittel zum Lösen der Probleme
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung angegeben, die Folgendes aufweist:

N' Spannungsdetektionseinheiten, die so ausgebildet sind, dass sie Spannungen zwischen den Anschlüssen der jeweiligen N Speicherbatterien als N detektierte Spannungen detektieren, wobei N gleich oder größer als 2 ist, N' gleich oder kleiner als N ist;
N" Stromdetektionseinheiten, die so ausgebildet sind, dass sie Lade-/Entladeströme der jeweiligen N Speicherbatterien als N detektierte Ströme detektieren, wobei N" gleich oder kleiner als N ist; eine Datenspeichereinheit, die so ausgebildet ist, dass sie Zeitreihen-Daten zu den N Speicherbatterien einschließlich Zeitreihen-Daten zu den detektierten Strömen und Zeitreihen-Daten zu den detektierten Spannungen speichert;
eine Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit, die so ausgebildet ist, dass sie auf der Grundlage der Zeitreihen-Daten über die erfassten Ströme und der Zeitreihen-Daten über die erfassten Spannungen, die in der Datenspeichereinheit gespeichert sind, OCV-Elementfunktionen erhält, die zu den Zeitreihen-Daten über die erfassten Spannungen passen, um dadurch jeweils eine positive Elektroden-OCV-Modell-funktion und eine negative Elektroden-OCV-Modellfunktion zu erzeugen, die den N Speicherbatterien durch eine Summe der OCV-Elementfunktionen entsprechen; und eine Speicherbatterie- Modell-Funktions-Parameter- Gruppenschätzungseinheit, die so ausgebildet ist, dass sie auf der Grundlage der OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode und der OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode jeweils eine Speicherbatterie-Modellfunktion erzeugt, die der jeweiligen der N Speicherbatterien entspricht, und eine Auswertefunktion zu erzeugen, die den Fehler zwischen den in der Datenspeichereinheit gespeicherten Zeitreihen-Daten und Zeitreihen-Daten zu einem mit Hilfe der Speicherbatterie-Modellfunktion berechneten Schätzwert anzeigt, um dadurch eine solche Gruppe von Schätzparametern der den jeweiligen N Speicherbatterien entsprechenden N Speicherbatterie-Modellfunktionen zu berechnen, dass der Wert der Auswertefunktion minimiert wird.

Effekt der Erfindung
Die Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist so ausgebildet, dass sie die OCV-Elementfunktionen erhält, die zu den Zeitreihen-Daten über die in der Datenspeichereinheit gespeicherten detektierten Spannungen der N Speicherbatterien passen, und die den N Speicherbatterien entsprechende OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode und die OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode durch die Summe der OCV-Elementfunktionen erzeugt. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, eine Degradation einer zu diagnostizierenden Speicherbatterie auch dann zu diagnostizieren, wenn keine Vorinformationen über eine positive Elektroden-OCV-Kurve und eine negative Elektroden-OCV-Kurve der Speicherbatterie oder über eine positive Elektroden-dV/dQ-Kurve und eine negative Elektroden-dV/dQ-Kurve der Speicherbatterie vorliegen.
Figurenliste

1 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Datenspeichereinheit der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt ein Konfigurationsdiagramm zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Speicherbatterie-Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Operationen, die von der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchzuführen sind;
6 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Operationen, die von einer Datenspeichereinheit der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchzuführen sind;
7 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Operationen, die von einer Optimierungseinheit der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchzuführen sind;
8 zeigt eine Illustration zur Darstellung des Einflusses einer Änderung einer Gruppe von Kapazitätsparametern aufgrund einer Speicherbatterie-Degradation einer Speicherbatterie-OCV und einer vollen Ladekapazität;
9 zeigt eine Illustration, die ein Beispiel für die Anpassung einer OCV-Modell-funktion für negative Elektroden an eine OCV für negative Elektroden aus Graphit zeigt;
10 zeigt eine Illustration, die ein Beispiel für die Anpassung der negativen Elektrode OCV Modellfunktion an die negative Graphitelektrode OCV zeigt;
11 zeigt ein Beispiel für die Anpassung einer Modellfunktion einer positiven Elektrode OCV an eine positive Lithium-Kobalt-Oxid-Elektrode OCV;
12 zeigt ein Beispiel für die Anpassung der Modellfunktion der positiven Elektrode OCV an die positive Lithium-Kobalt-Oxid-Elektrode OCV;
13 zeigt ein Beispiel für einen Spannungsverlauf und eine dV/dQ-Kurve einer Speicherbatterie;
14 zeigt ein Beispiel für den Spannungsverlauf und die dV/dQ-Kurve der Speicherbatterie;
15 zeigt den Spannungsverlauf einer neuen Speicherbatterie und die Ergebnisse der Anpassung der Speicherbatterie-Modellfunktion an den Spannungsverlauf durch Optimierung;
16 zeigt eine Illustration zur Darstellung einer dV/dQ-Kurve einer neuen Speicherbatterie und der Ergebnisse der Anpassung der Speicherbatterie-Modellfunktion an die dV/dQ-Kurve durch Optimierung;
17 zeigt eine Illustration zur Darstellung von Daten zu einer d²V/dQ²-Kurve einer neuen Speicherbatterie und der Ergebnisse der Anpassung der Speicherbatterie-Modellfunktion an die Daten durch Optimierung;
18 zeigt den Spannungsverlauf einer degradierten Speicherbatterie und die Ergebnisse der Anpassung der Speicherbatterie-Modellfunktion an den Spannungsverlauf durch Optimierung;
19 zeigt eine Illustration zur Darstellung einer dV/dQ-Kurve einer degradierten Speicherbatterie und der Ergebnisse der Anpassung der Speicherbatterie-Modellfunktion an die dV/dQ-Kurve durch Optimierung;
20 zeigt eine Illustration zur Darstellung von Daten zu einer d²V/dQ²-Kurve einer degradierten Speicherbatterie und der Ergebnisse der Anpassung der Speicherbatterie-Modellfunktion an die Daten durch Optimierung;
21 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Konfiguration eines Speicherbatterie-Steuersystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
22 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Operationen, die vom Speicherbatterie-Steuersystem gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchzuführen sind.

Beschreibung der Ausführungsformen
Es werden nun eine Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung und ein Speicherbatterie-Diagnoseverfahren gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Bei der Beschreibung der Zeichnungen werden gleiche oder korrespondierende Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, eine redundante Beschreibung entfällt. Die Speicherbatterie-Diagnose-einrichtung und das Speicherbatterie-Diagnoseverfahren gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind so ausgebildet, dass sie den Degradationszustand einer Speicherbatterie anhand von Lade-/Entladedaten an der Speicherbatterie diagnostizieren.
Die Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung und das Speicherbatterie-Diagnoseverfahren gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind so ausgebildet, dass Zeitreihen-Daten über eine Vielzahl zu diagnostizierender Speicherbatterien verwendet werden. Damit ist es möglich, eine spezifische Degradationsanalyse durch Positiv/Negativ-Elektroden-Trennung auch dann durchzuführen, wenn z.B. Speicherbatterie-OCV-Daten oder Positiv-Elektroden-OCV-Daten und Negativ-Elektroden-OCV-Daten nicht vorab erfasst werden. Darüber hinaus ist es möglich, in einem OCV-Modell eine Veränderung der OCV aufgrund von Degradation genau wiederzugeben. Der Einfachheit der Beschreibung halber wird hier ein Gleichgewichtspotential einer positiven Elektrode als „positive Elektrode OCV“ und ein Gleichgewichtspotential einer negativen Elektrode als „negative Elektrode OCV“ bezeichnet.
Ausführungsform 1
1 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 sind N (N ≥ 2) die an die Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100 angeschlossenen Speicherbatterien 101-1, ---, 101-N dargestellt.
Weiterhin zeigt 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der internen Konfiguration einer in der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100 angeordneten Datenspeichereinheit 104. 3 und 4 sind Diagramme zur Veranschaulichung von Beispielen für den jeweiligen inneren Aufbau der Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 und einer Speicherbatterie Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit 107 einer Optimierungseinheit 105, die in der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100 angeordnet sind. Weiterhin sind 5 bis 7 Flussdiagramme zur Veranschaulichung der von der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100 auszuführenden Verarbeitungsabläufe.
Bei der ersten Ausführungsform wird eine Lithium-Ionen-Speicherbatterie als eine zu diagnostizierende Speicherbatterie 101-i (i = 1 bis N) betrachtet. Die Speicherbatterie 101-i hat eine positive und eine negative Elektrode und enthält allgemeine Komponenten eines aufladbaren/entladbaren Speichergeräts. Die Speicherbatterie 101-i kann z.B. eine Bleibatterie oder eine Nickel-Metallhydrid-Batterie enthalten. Weiterhin wird in dieser Beschreibung der Einfachheit halber eine Speicherbatterie mit Zellen als Speicherbatterie 101-i bezeichnet. Bei der Speicherbatterie 101-i kann es sich um ein Modul handeln, das durch Reihen- oder Parallelschaltung mehrerer Zellen oder durch eine Kombination von beidem gebildet wird.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100 die N Stromdetektionseinheiten 102-1, ---, 102-N, N Spannungsdetektionseinheiten 103-1, ---, 103-N, die Datenspeichereinheit 104 und die Optimierungseinheit 105.
Weiterhin beinhaltet die Optimierungseinheit 105, wie in 1 dargestellt, die Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 und die Speicherbatterie Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit 107.
Die in 1 dargestellte Hardware-Konfiguration der Speicherbatterie-Diagnose-einrichtung 100 wird kurz beschrieben. In 1 enthalten die Komponenten der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100, mit Ausnahme der Stromdetektionseinheiten 102-1 und 102-N sowie der Spannungsdetektionseinheiten 103-1, ---, 103-N, jeweils eine Steuerung. Der Aufbau der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100 ist in 1 dargestellt. Die Steuerung besitzt einen Prozessor und einen Speicher.
Die Funktionen der Komponenten der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100, nämlich der Datenspeichereinheit 104 und der Optimierungseinheit 105, werden durch Software, Firmware oder eine Kombination davon implementiert. Die Software und Firmware werden als Programme beschrieben und in einem Speicher abgelegt. Der Prozessor ist so ausgebildet, dass er das im Speicher gespeicherte Programm liest und ausführt, um dadurch die Funktion jeder Komponente der Datenspeichereinheit 104 und der Optimierungseinheit 105 der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100 zu implementieren.
Unter Bezugnahme auf 5 wird nun ein von der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100 auszuführender Bearbeitungsablauf kurz beschrieben. Zunächst wird im Schritt S102 mit den N Stromdetektionseinheiten 102-1, ---, 102-N jeweils ein erkannter Strom Ii der Speicherbatterie 101-i detektiert. Dann, im Schritt S103, erfassen die N Spannungsdetektionseinheiten 103-1, ---, 103-N jeweils eine detektierte Spannung Vi der Speicherbatterie 101-i. Anschließend, im Schritt S104, verwendet die Datenspeichereinheit 104 Werte des detektierten Stroms Ii und der detektierten Spannung Vi, um Zeitreihen-Daten zur Speicherbatterie 101-i zu speichern.
Im Schritt S105 generiert die Optimierungseinheit 105 aus den Zeitreihen-Daten der Datenspeichereinheit 104 eine Speicherbatterie-Modellfunktion der Speicherbatterie 101-i und führt eine Schätzberechnung mit einem Optimierungsverfahren durch. Dabei berechnet die Optimierungseinheit 105 eine solche Gruppe von Parametern der Speicherbatterie-Modellfunktion, dass die Differenz zwischen den Zeitreihen-Daten der erfassten Spannung Vi und den Zeitreihen-Daten der durch die Speicherbatterie-Modellfunktion erhaltenen geschätzten Spannung reduziert wird.
Alternativ kann die Optimierungseinheit 105 eine Gruppe von Parametern der Speicherbatterie-Modellfunktion so berechnen, dass die Differenz zwischen der Ableitung der erfassten Spannung Vi und der Ableitung der durch die Speicherbatterie-Modellfunktion erhaltenen geschätzten Spannung reduziert wird.
Nun folgt eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Komponenten der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100.
Wie in 1 dargestellt, ist eine Stromdetektionseinheit 102-i an die Speicherbatterie 101-i angeschlossen. Die Stromdetektionseinheit 102-i ist so ausgebildet, dass sie den Lade-/Entladestrom der Speicherbatterie 101-i als detektierten Strom Ii [A] erkennt. In der obigen Beschreibung ist die Anzahl der Stromdetektionseinheiten 102 mit N vorgegeben. Die Anzahl der Stromdetektionseinheiten 102 ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Anzahl der Stromdetektionseinheiten 102 kann gleich oder kleiner als N sein. Insbesondere dann, wenn z.B. mehrere, d.h. mindestens zwei oder mehr der Speicherbatterien 101-1, ---, 101-N in Reihe geschaltet sind, muss der erfasste Strom Ii [A] nicht für jede Speicherbatterie 101-i erfasst werden.
Der Grund dafür ist, dass die Ströme, die durch die jeweiligen in Reihe geschalteten Speicherbatterien fließen, gleich groß sind und somit bei Erfassung des erfassten Stroms Ii [A] einer Speicherbatterie 101-i unter den in Reihe geschalteten Speicherbatterien durch eine Stromdetektionseinheit 102-i die erfassten Ströme der anderen in Reihe geschalteten Speicherbatterien durch den von der Stromdetektionseinheit 102-i erfassten Strom Ii [A] ersetzt werden können. Daher kann in einem solchen Fall die Anzahl der Stromdetektoren 102 kleiner als N sein.
Die Spannungsdetektionseinheit 103-i ist an eine entsprechende Speicherbatterie 101-i angeschlossen. Die Spannungsdetektionseinheit 103-i ist so ausgebildet, dass sie eine Spannung der Speicherbatterie 101-i als detektierte Spannung Vi [V] erkennt. In der obigen Beschreibung ist die Anzahl der Spannungsdetektionseinheiten 103 mit dem Wert N vorgegeben. Die Anzahl der Spannungsdetektionseinheiten 103 ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Anzahl der Spannungsdetektionseinheiten 103 kann gleich oder kleiner als N sein. Insbesondere dann, wenn z.B. mehrere, d.h. mindestens zwei oder mehr der Speicherbatterien 101-1, ---, 101-N parallelgeschaltet sind, muss die detektierte Spannung Vi [V] nicht jeder der Speicherbatterien 101-i detektiert werden.
Der Grund dafür ist, dass die Spannungen der jeweils parallel geschalteten Speicherbatterien einander gleich sind und somit bei Erfassung der detektierten Spannung Vi [V] einer Speicherbatterie 101-i unter den parallel geschalteten Speicherbatterien durch eine Spannungsdetektionseinheit 103-i die detektierten Spannungen der anderen parallel geschalteten Speicherbatterien durch die von der Spannungsdetektionseinheit 103-i erfasste Spannung Vi [V] ersetzt werden können. Daher kann in einem solchen Fall die Anzahl der Spannungsdetektionseinheiten 103 kleiner als N sein.
Die Datenspeichereinheit 104 ist so ausgebildet, dass sie Werte des erfassten Stroms Ii, der von der Stromdetektionseinheit 102-i ausgegeben wird, und der erfassten Spannung Vi, die von der Spannungsdetektionseinheit 103-i ausgegeben wird, verwendet, um Zeitreihen-daten zu jeder Speicherbatterie 101-i zu erzeugen und zu speichern (1 ≤ i ≤ N). Die Datenspeichereinheit 104 ist ferner so ausgebildet, dass sie Zeitreihen-Daten zu einer Elektrizitätsmenge jeder Speicherbatterie 101-i und Zeitreihen-Daten zu einer Ableitung der erfassten Spannung Vi berechnet und speichert.
2 illustriert eine beispielhafte interne Konfiguration der Datenspeichereinheit 104. Im Beispiel gemäß 2 beinhaltet die Datenspeichereinheit 104 die Zeitreihen-Datenspeichereinheit 201, eine Zeitreihen-Elektrizitätsmengen-Berechnungseinheit 202 und eine Spannungsableitungsdaten-Berechnungseinheit 203.
Die Zeitreihen-Datenspeichereinheit 201 ist so ausgebildet, dass sie die Werte des erfassten Stroms Ii, der von der Stromdetektionseinheit 102-i ausgegeben wird, und die erfasste Spannung Vi, die von der Spannungsdetektionseinheit 103-i ausgegeben wird, verwendet, um Zeitreihen-Daten über den Strom und die Spannung jeder Speicherbatterie 101-i (1 ≤ i ≤ N) als die folgenden Zeitreihen-Stromdaten und Zeitreihen-Spannungsdaten in einem Speicher zu speichern: ${(V_{i . k}, I_{i . k})}_{k_{0}}^{k_{f}}$
Darüber hinaus ist die Zeitreihen-Datenspeichereinheit 201 so ausgebildet, dass sie die von der Zeitreihen-Elektrizitätsmengen-Berechnungseinheit 202 berechneten Zeitreihen-Elektrizitätsmengendaten zu der jeweiligen Speicherbatterie 101-i und die von der Spannungsableitungsdaten-Berechnungseinheit 203 berechneten Spannungsableitungsdaten speichert. Außerdem ist die Zeitreihen-Datenspeichereinheit 201 so ausgebildet, dass sie diese gespeicherten Daten an die Optimierungseinheit 105 ausgibt. Der folgende Ausdruck: ${(x_{i . k}, y_{i . k})}_{k_{0}}^{k_{f}}$
wird durch den folgenden Ausdruck definiert: ${(x_{i . k}, y_{i . k})}_{k_{0}}^{k_{f}} : = {(x_{i . k_{0}}, y_{i . k_{0}}), (x_{i . k_{0} + 1}, y_{i . k_{0} + 1}), \dots, (x_{i . k_{f}}, y_{i . k_{f}})}$
Weiterhin stellt k [s] (k = k₀ bis k_f) eine Abtastzeit dar, und die Beziehung von t = tsk ist zwischen einer aktuellen Zeit t [s] und einer Abtastperiode ts [s] erfüllt.
Die Zeitreihen-Elektrizitätsmengen-Berechnungseinheit 202 ist so ausgebildet, dass sie z.B. einen Strom mit einer Periode, in der der Strom geflossen ist, auf der Grundlage der folgenden Zeitreihen-Stromdaten multipliziert: ${I_{i . k}}_{k_{0}}^{k_{f}}$
ausgegeben aus der Zeitreihe Datenspeichereinheit 201, um damit eine Elektrizitätsmenge Q_i,k [C] jeder Speicherbatterie 101-i für die Ausgabe an die Zeitreihe Datenspeichereinheit 201 als folgende Zeitreihen-Elektrizitätsmengendaten zu berechnen: ${Q_{i . k}}_{k_{0}}^{k_{f}}$
Das Verfahren zur Berechnung der Elektrizitätsmenge Q_i,k [C] der jeweiligen Speicherbatterie 101-i ist nicht darauf beschränkt, und jede bekannte Methode kann verwendet werden.
Die Spannungsableitungsdaten-Berechnungseinheit 203 ist für die Verwendung der folgenden Zeitreihen-Spannungsdaten ausgebildet: ${V_{i . k}}_{k_{0}}^{k_{f}}$
ausgegeben aus der Zeitreihen-Datenspeichereinheit 201, sowie der folgenden Zeitreihen-Elektrizitätsmengendaten: ${Q_{i . k}}_{k_{0}}^{k_{f}}$
ausgegeben aus der Zeitreihen-Elektrizitätsmengen-Berechnungseinheit 202, um damit Spannungsableitungskurven erster bis n_d-ter Ordnung (n_d ≥ 1) für die Ausgabe in die Zeitreihen-Datenspeichereinheit 201 zu berechnen. Das heißt, wenn der folgende Wert durch Differenzieren der detektierten Spannung Vi,k zur Zeit k durch die Elektrizitätsmenge Q_i,k erhalten wird: $d^{j} V_{i} / d Q_{j}^{i}$
wird wie folgt dargestellt: $V_{i, k}^{(i)}$
Die Spannungsableitungsdaten-Berechnungseinheit 203 berechnet und gibt als Zeitreihen-Spannungsableitungsdaten die folgenden Spannungsableitungskurven erster bis n_d-ter Ordnung aus: ${(V_{i, k}^{(1)}, \dots, V_{i, k}^{(n_{d})})}_{k_{0}}^{k_{f}}$
Das Symbol j steht für eine ganze Zahl von 1 bis n_d. Die Zahl n_d kann entsprechend vorgegeben werden.
In Wirklichkeit können diskrete Zeitreihen-Daten nicht differenziert werden, und so führt die Spannungsableitungsdaten-Berechnungseinheit 203 z.B. mit einem Differenzverfahren eine approximative Differenzierung durch. Darüber hinaus verstärkt die Differenzierung oder Differenzberechnung im Allgemeinen das hochfrequente Rauschen eines Originalsignals, und daher kann ein Tiefpassfilter, der so ausgebildet ist, dass er z. B. eine Mittelwertbildung der Abtastwerte vor oder nach der Differenzierung durchführt, zur Reduzierung des hochfrequenten Rauschens verwendet werden.
Als weiteres Beispiel kann ein anspruchsvolleres Filter, z.B. ein Savitzky-Golay-Filter, verwendet werden. Als weiteres Beispiel kann nach der Entfernung des Rauschens durch Approximation von Zeitreihen-Spannungsdaten mit einer horizontalen Achse, die eine Elektrizitätsmenge durch eine Funktion darstellt, z.B. durch Verwendung eines Kernel-Verfahrens, die Funktion differenziert werden.
Auf diese Weise speichert die Zeitreihen-Datenspeichereinheit 201 Zeitreihen-Stromdaten, Zeitreihen-Spannungsdaten, Zeitreihen-Elektrizitätsmengendaten und Zeitreihen-Spannungsableitungsdaten in den Speicher. Daraus ergibt sich folgende Ausgabe der Zeitreihen-Daten aus der Zeitreihe Datenspeichereinheit 201 als Ausgabe aus der Datenspeichereinheit 104: ${(I_{i . k}, Q_{i . k}, V_{i . k}, V_{i, k}^{(1)}, \dots, V_{i, k}^{(n_{d})})}_{k_{0}}^{k_{f}} (i = 1, \dots, N)$
Auf diese Weise enthält die Ausgabe der Zeitreihen-Daten aus der Datenspeichereinheit 104 Zeitreihen-Stromdaten, Zeitreihen-Elektrizitätsmengendaten, Zeitreihen-Spannungsdaten und Zeitreihen-Spannungsableitungsdaten.
Unter Bezugnahme auf 6 wird nun kurz ein Verarbeitungsablauf beschrieben, der von der Datenspeichereinheit 104 ausgeführt werden soll. Zunächst verwendet die Zeitreihen-Datenspeichereinheit 201 im Schritt S201 Werte des erfassten Stroms Ii, der von der Stromdetektionseinheit 102-i ausgegeben wird, und der erfassten Spannung Vi, die von der Spannungsdetektionseinheit 103-i ausgegeben wird, um Zeitreihen-Stromdaten und Zeitreihen-Spannungsdaten zu jeder Speicherbatterie 101-i (1 ≤ i ≤ N) in den Speicher zu speichern.
Als Nächstes berechnet die Zeitreihen-Elektrizitätsmengen-Berechnungseinheit 202 im Schritt S202 aus dem detektierten Strom Ii, der von der Zeitreihen-Datenspeichereinheit 201 ausgegeben wird, Zeitreihen-Elektrizitätsmengendaten zu jeder Speicherbatterie 101-i. Als Nächstes berechnet die Spannungsableitungsdaten-Berechnungseinheit 203 im Schritt S203 Spannungsableitungskurven erster bis n_d-ter Ordnung (n_d ≥ 1) als Zeitreihen-Spannungsableitungsdaten basierend auf den Zeitreihen-Spannungsdaten, die von der Zeitreihen-Datenspeichereinheit 201 ausgegeben werden, und den Zeitreihen-Elektrizitätsmengendaten, die von der Zeitreihen-Elektrizitätsmengen-Berechnungseinheit 202 ausgegeben werden.
Als Nächstes speichert die Zeitreihen-Datenspeichereinheit 201 im Schritt S204 die Zeitreihen-Daten zu der Speicherbatterie 101-i, die die Zeitreihen-Stromdaten, die Zeitreihen-Elektrizitätsmengendaten, die Zeitreihen-Spannungsdaten und die Zeitreihen-Spannungsableitungsdaten enthält, in den Speicher und gibt die Zeitreihen-Daten an die Optimierungseinheit 105 aus.
Die Optimierungseinheit 105 erhält die Eingabe der von der Datenspeichereinheit 104 ausgegebenen Zeitreihen-Daten, um auf Basis der Zeitreihen-Daten der Datenspeichereinheit 104 eine positive Elektroden-OCV-Modellfunktion und eine negative Elektroden-OCV-Modellfunktion für die Speicherbatterie 101-i zu erzeugen. Weiterhin verwendet die Optimierungseinheit 105 die positive Elektroden-OCV-Modellfunktion und die negative Elektroden-OCV-Modellfunktion, um eine Speicherbatterie-Modellfunktion für die Speicherbatterie 101-i zu erzeugen und eine Schätzberechnung durch ein Optimierungsverfahren durchzuführen, um dadurch eine solche Gruppe von Schätzparametern der Speicherbatterie-Modellfunktion zu berechnen, dass eine Differenz zwischen den Zeitreihen-Daten auf die erfasste Spannung Vi reduziert wird, die von der Spannungsdetektionseinheit 103-1, ---, 103-N, oder den Zeitreihen-Spannungsableitungsdaten erfasst wird, und die Zeitreihen-Daten zu einer geschätzten Spannung, die von der Speicherbatterie-Modellfunktion oder den Zeitreihen-Spannungsableitungsdaten zu der geschätzten Spannung erhalten wird.
Bei der Schätzberechnung mit dem Optimierungsverfahren kann eine solche Gruppe von Schätzparametern der Speicherbatterie-Modellfunktion berechnet werden, dass eine Differenz zwischen den Zeitreihen-Daten über den erfassten Strom Ii, der durch die Stromdetektionseinheiten 102-1, ---, 102-N erfasst wird, und den Zeitreihen-Daten über den geschätzten Strom, der durch die Speicherbatterie-Modellfunktion erhalten wird, verringert wird.
Unter Bezugnahme auf 7 wird nun kurz ein Bearbeitungsablauf beschrieben, der von der Optimierungseinheit 105 durchgeführt werden soll. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die Optimierungseinheit 105 die Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 und die Speicherbatterie Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit 107. Weiterhin, wie in 3 dargestellt, beinhaltet die OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 mit positiver/negativer Elektrode eine OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 und eine OCV-Modell-Funktionsbestimmungseinheit (positive/negative Elektrode) 302. Weiterhin enthält die Speicherbatterie Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit 107, wie in 4 dargestellt, eine Optimierungsproblem-Bestimmungseinheit 401, eine Schätzungs-Berechnungseinheit 402 und eine Bestimmungseinheit 403.
Wie in der 7 dargestellt, verwendet zu diesem Zeitpunkt zunächst im Schritt S301 die OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 die Zeitreihen-Spannungsableitungsdaten unter Stücken von Zeitreihen-Daten, die von der Datenspeichereinheit 104 ausgegeben werden, um einen Bereich zu erkennen, der eine charakteristische Spannungsänderung aus den Zeitreihen-Daten zur erkannten Spannung Vi der Speicherbatterie 101-i anzeigt, und weist jedem Bereich nacheinander eine OCV-Element-Funktion zu, die zu der Spannungsänderung des Bereichs passt, indem sie die OCV-Element-Funktion aus einer Vielzahl von Kandidaten der OCV-Element-Funktion auswählt.
Als Nächstes bestimmt die OCV-Modell-Funktionsbestimmungseinheit (positive/negative Elektrode) 302 im Schritt S302, ob die der Region zugewiesene OCV-Elementfunktion zur positiven Elektrode oder zur negativen Elektrode gehören soll, erzeugt alle Kombinationen der OCV-Elementfunktionen, die zur positiven Elektrode oder zur negativen Elektrode gehören, und erzeugt für jede Kombination eine OCV-Modellfunktion für die positive Elektrode auf der Grundlage einer Summe von OCV-Elementfunktionen, die zur positiven Elektrode gehören, und eine OCV-Modellfunktion für die negative Elektrode auf der Grundlage einer Summe von OCV-Elementfunktionen, die zur negativen Elektrode gehören.
Als Nächstes generiert die Optimierungsproblem-Bestimmungseinheit 401 im Schritt S401 eine Speicherbatterie-Modellfunktion, die die OCV-Modellfunktion für die positive Elektrode und die OCV-Modellfunktion für die negative Elektrode enthält, und bestimmt eine Gruppe von geschätzten Parametern der Speicherbatterie-Modellfunktion und eine Bewertungsfunktion L zur Bewertung der Speicherbatterie-Modellfunktion, um dadurch ein zu lösendes Optimierungsproblem zu bestimmen.
Als Nächstes berechnet die Schätzungs-Berechnungseinheit 402 im Schritt S402 eine solche Gruppe von Schätzparametern der Speicherbatterie-Modellfunktion, dass die Bewertungsfunktion L durch ein Optimierungsverfahren für die oben genannte Kombination basierend auf den von der Datenspeichereinheit 104 ausgegebenen Zeitreihen-Daten, der von der Optimierungsproblem-Bestimmungseinheit 401 ausgegebenen Speicherbatterie-Modellfunktion, der Gruppe von Schätzparametern und der Bewertungsfunktion L minimiert wird. Dann gibt die Schätzungs-Berechnungseinheit 402 die Gruppe der Schätzparameter und den Wert der Bewertungsfunktion L dann aus, wenn die Gruppe der Schätzparameter verwendet wird.
Als Nächstes vergleicht die Bestimmungseinheit 403 im Schritt S403 den Wert der von der Schätzungs-Berechnungseinheit 402 ausgegebenen Bewertungsfunktion L mit dem zuvor berechneten Wert der Bewertungsfunktion L und speichert eine solche Gruppe von Schätzparametern, dass der Wert der Bewertungsfunktion L zu diesem Zeitpunkt minimiert wird.
Anschließend kehrt die Verarbeitung zum Schritt S302 zurück. Die OCV-Modell-Funktionsbestimmungseinheit (positive/negative Elektrode) 302 ändert die Kombination der OCV-Elementfunktionen, die in der OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode und der OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode enthalten sind, die zur positiven Elektrode oder zur negativen Elektrode gehören, um dadurch eine OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode und eine OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode zu regenerieren.
Als Nächstes generiert die Optimierungsproblem-Bestimmungseinheit 401 im Schritt S401 eine Speicherbatterie-Modellfunktion mit der regenerierten OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode und der OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode und bestimmt die Gruppe der Schätzparameter der Speicherbatterie-Modellfunktion und die Bewertungsfunktion L zur Bewertung der Speicherbatterie-Modellfunktion.
Als Nächstes berechnet die Schätzungs-Berechnungseinheit 402 im Schritt S402 eine solche Gruppe von Schätzparametern, dass der Wert der Bewertungsfunktion L auf der Grundlage der von der Datenspeichereinheit 104 ausgegebenen Zeitreihen-Daten, der von der Optimierungsproblem-Bestimmungseinheit 401 regenerierten Speicherbatterie-Modellfunktion, der Gruppe von Schätzparametern und der Bewertungsfunktion L minimiert wird.
Auf diese Weise wird die Kombination von OCV-Elementfunktionen, die zur positiven Elektrode oder zur negativen Elektrode gehören, so geändert, dass die Verarbeitung vom Schritt S302 bis zum Schritt S402 wiederholt ausgeführt wird, und im Schritt S403 gibt die Bestimmungseinheit 403 als endgültiges Schätzergebnis die Speicherbatterie-Modell-funktion und die Gruppe der Schätzparameter der Speicherbatterie-Modellfunktion dann aus, wenn der Wert der Bewertungsfunktion L kleiner als ein Schwellenwert wird oder der Wert der Bewertungsfunktion L durch Wiederholung um die im Voraus festgelegte maximale Anzahl von Malen am kleinsten wird.
Nun wird die jeweilige Konfiguration der Optimierungseinheit 105 im Detail beschrieben.
Die Gruppe der Schätzparameter, die von der Optimierungseinheit 105 ausgegeben werden sollen, beinhaltet eine erste Gruppe von Parametern, die von den N Speicherbatterien 101-i gemeinsam genutzt wird, und eine zweite Gruppe von Parametern, die sich von den N Speicherbatterien 101-i unterscheidet. Nun wird die erste Gruppe von Parametern als „Gruppe der Funktionsparameter des OCV-Modells mit positiver/negativer Elektrode Φp und Φn“ und die zweite Gruppe von Parametern als „Gruppe der Kapazitätsparameter θp, θn und θs“ bezeichnet.
Die Gruppe der Kapazitätsparameter bezieht sich hier auf eine Retentionsrate der positiven Elektrodenkapazität θp in Bezug auf eine Referenz-Speicherbatterie, eine Retentionsrate der negativen Elektrodenkapazität θn in Bezug auf die Referenz-Speicherbatterie und einen SOC-Verschiebungsbetrag θs zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode in Bezug auf die Referenz-Speicherbatterie. Die Referenz-Speicherbatterie muss nicht immer eine reale Speicherbatterie sein, sondern kann eine konzeptionelle Speicherbatterie sein, z.B. eine Speicherbatterie mit den gleichen Eigenschaften wie die der Beschreibung.
Verringerungen der positiven Elektrodenkapazitäts-Retentionsrate θp und der negativen Elektrodenkapazitäts-Retentionsrate θn werden durch die Deaktivierung des aktiven Elektrodenmaterials verursacht, und diese Verringerungen zeigen sich als entsprechende Verringerungen der OCV-Kurve der positiven Elektrode und der OCV-Kurve der negativen Elektrode in deren horizontaler Richtung. Diese Verringerungen in horizontaler Richtung werden z.B. durch den Pfeil B in Teil (c) gemäß 8 und den Pfeil A in Teil (b) gemäß 8 angezeigt. Einzelheiten zu 8 werden später beschrieben.
Wenn zunächst die positive Elektrode OCV, ein Referenzmerkmal der positiven Elektrode OCV und eine Elektrizitätsmenge der positiven Elektrode durch OCVp [V], OCV_p ^typ [V] bzw. Qp [C] dargestellt werden, ist der unten angegebene Ausdruck (1) erfüllt: ${OCV}_{p} (θ_{p}^{- 1} Q_{p}) = {OCV}_{p}^{typ} (Q_{p})$
In ähnlicher Weise ist der unten angegebene Ausdruck (2) erfüllt, wenn die negative Elektrode OCV, eine Referenzkennlinie der negativen Elektrode OCV und eine Elektrizitätsmenge der negativen Elektrode durch OCVn [V], OCV_n ^typ [V] bzw. Qn [C] dargestellt werden: ${OCV}_{n} (θ_{n}^{- 1} Q_{n}) = {OCV}_{n}^{typ} (Q_{n})$
Nun ist der Betrag der SOC-Verschiebung θs zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode ein Wert, der auf ein Phänomen hinweist, bei dem eine Positionsrelation zwischen dem SOC der positiven Elektrode und der Speicherbatterie OCV und eine Positionsrelation zwischen dem SOC der negativen Elektrode und der Speicherbatterie OCV aufgrund des Lithiumverbrauchs z.B. durch Ausfällung und Filmwachstum an einer Festelektrolyt-Grenzfläche (SEI) der negativen Elektrode hauptsächlich beim Laden abweichen.
Wenn eine durch den Lithiumverbrauch verlorene Elektrizitätsmenge durch Qc [C] für eine gesamte Elektrizitätsmenge Qb [C] der Speicherbatterie dargestellt wird, ist die unten angegebene Beziehung des Ausdrucks (3) erfüllt: $Q_{b} - Q_{p} + Q_{n} + Q_{c}$
Wenn zum Zeitpunkt des Aufladens der Speicherbatterie 101-i ein Teil der Lithium-Ionen durch Ausfällung oder Verwendung für das Filmwachstum an der negativen Elektrode SEI verbraucht wird, d.h. während sich die in der positiven Elektrode gespeicherten Lithium-Ionen zur negativen Elektrode bewegen, wird die geladene Menge der negativen Elektrode bei vollem Ladezustand der Speicherbatterie kleiner als vor dem Lithiumverbrauch.
Die OCV-Kurve der positiven Elektrode zeigt sich in Bezug auf die negative Elektrode nach links verschoben. Dieses Phänomen ist eine SOC-Verschiebung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode. Diese Verschiebung nach links wird z.B. durch den Pfeil C in Teil (d) gemäß 8 angezeigt, der später beschrieben wird.
Wenn eine OCV der Referenz-Speicherbatterie, eine Referenz-Vollladekapazität der Speicherbatterie und eine Elektrizitätsmenge der Speicherbatterie 101-i durch OCVtyp [V], Ftyp [C] bzw. Q [C] dargestellt werden, wird die OCV der Referenz-Speicherbatterie durch den unten angegebenen Ausdruck (4) dargestellt. ${OCV}^{typ} (Q) = {OCV}_{p}^{typ} (Q) - {OCV}_{n}^{typ} (Q)$
In diesem Ausdruck stellt Q eine Elektrizitätsmenge zu einem Zeitpunkt dar, zu dem in der Referenz-Speicherbatterie eine Elektrizitätsmenge mit der OCV eine vorab vorgegebene untere Grenzspannung Vmin auf 0 gesetzt wird, und Ftyp stellt eine Elektrizitätsmenge zu einem Zeitpunkt dar, zu dem die OCV eine vorab vorgegebene obere Grenzspannung Vmax ist.
Vor diesem Hintergrund wird die OCV der Speicherbatterie i durch den unten angegebenen Ausdruck (5) dargestellt, indem die Gruppe der Kapazitätsparameter θp, θn und θs in der Elektrizitätsmenge Qi [C] der Speicherbatterie i widergespiegelt wird. $\begin{array}{l} {OCV}_{i} (Q_{i}) = {OCV}_{p, i} (Q_{i}) = {OCV}_{n, i} (Q_{i}) \\ = f_{p, i} (\frac{Q_{i}}{θ_{p, i} F_{typ}}) - f_{n, i} (\frac{Q_{i}}{θ_{n, i} F_{typ}}) \end{array}$
In diesem Ausdruck stellen f_p,i und f_n,i die OCV-Funktion der positiven Elektrode bzw. die OCV-Funktion der negativen Elektrode dar. Die volle Ladekapazität ist lediglich ein Referenzwert und kann eine Nennkapazität oder eine Nennkapazität der Speicherbatterie oder eine für eine neue Speicherbatterie gemessene volle Ladekapazität sein. Alternativ kann z.B. die volle Ladekapazität einer beliebigen von mehreren zu diagnostizierenden Speicherbatterien verwendet werden.
Die volle Ladekapazität der Speicherbatterie ist definiert als eine Elektrizitätsmenge der Speicherbatterie zu einem Zeitpunkt, an dem die Elektrizitätsmenge der Speicherbatterie mit der OCV als der im Voraus vorgegebenen unteren Grenzspannung Vmin auf 0 und der OCV als der im Voraus vorgegebenen oberen Grenzspannung Vmax gesetzt wird. Somit ändern sich die Ladungsmengen der jeweiligen positiven und negativen Elektroden zu einem Zeitpunkt der unteren Grenzspannung Vmin und der oberen Grenzspannung Vmax in Abhängigkeit von den Werten der Gruppe der Kapazitätsparameter.
Die Ladungsmengen Qp und Qn der positiven Elektrode und der negativen Elektrode können nicht bekannt sein, es sei denn, diese Mengen werden im Voraus z.B. durch einen Zerlegungsversuch der Speicherbatterie 101-i ermittelt, aber ein relativer Differenzwert zur Referenzspeicherbatterie kann bekannt sein. Insbesondere wenn Qmin,i [C] und Q_max,i [C] die Elektrizitätsmenge der Speicherbatterie zum Zeitpunkt der unteren Grenzspannung Vmin bzw. die Elektrizitätsmenge der Speicherbatterie zum Zeitpunkt der oberen Grenzspannung Vmax darstellen, lassen sich die Werte von Q_min,i und Q_max,i z.B. durch eine Liner-Suchmethode auf der Grundlage der unten angegebenen Ausdrücke (6) und (7), die der unteren Grenzspannung bzw. der oberen Grenzspannung entsprechen, leicht erhalten: $V_{min} = f_{p} (\frac{Q_{min, i}}{θ_{p, i} F_{typ}} + θ_{s, i}) - f_{n} (\frac{Q_{min, i}}{θ_{n, i} F_{typ}})$
$V_{max} = f_{p} (\frac{Q_{max, i}}{θ_{p, i} F_{typ}} + θ_{s, i}) - f_{n} (\frac{Q_{max, i}}{θ_{n, i} F_{typ}})$
Es ist zu beachten, dass Qmin,i und Q_max,i Werte sind, wobei die Referenz-Speicherbatterie als Referenz dient. So kann z.B. Q_min,i einen negativen Wert annehmen.
Bei Verwendung von Q_min,i und Q_max,i aus der Gleichung (6) und Gleichung (7) kann die volle Ladekapazität Fi [C] der Speicherbatterie 101-i als Gleichung (8) wie unten angegeben hergeleitet werden. $F_{i} = Q_{max, i} - Q_{min, i}$
8 ist eine Illustration zur Darstellung der Relation zwischen der OCV-Kurve, der Degradation und der vollen Ladekapazität, wenn die vertikale Achse die Spannung und die horizontale Achse die Elektrizitätsmenge darstellen. Teil (a) gemäß 8 auf der oberen linken Seite stellt eine positive Elektrode OCV (Bezugszeichen 800), eine negative Elektrode OCV (Bezugszeichen 801) und eine Speicherbatterie OCV (Bezugszeichen 802) der Referenzspeicherbatterie dar.
Teil (b) gemäß 8 auf der linken unteren Seite stellt eine negative Elektrode OCV (Bezugszeichen 81) und Speicherbatterie OCV (Bezugszeichen 82) einer Speicherbatterie mit einer degradierten negativen Elektrode dar. Weiterhin stellt Teil (c) gemäß 8 auf der oberen rechten Seite eine positive Elektrode OCV (Bezugszeichen 83) und Speicherbatterie OCV (Bezugszeichen 84) einer Speicherbatterie mit einer degradierten positiven Elektrode dar. Weiterhin stellt Teil (d) gemäß 8 unten rechts eine positive Elektrode OCV (Bezugszeichen 85) und Speicherbatterie OCV (Bezugszeichen 86) einer Speicherbatterie dar, bei der eine SOC-Verschiebung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode aufgrund des Lithiumverbrauchs stattgefunden hat.
Weiterhin stellt in Teil (b) gemäß 8 bis Teil (d) gemäß 8 die durch die gestrichelte oder gepunktete Linie angezeigte OCV jeweils die OCV der Referenz-Speicherbatterie dar, und somit werden die gleichen Bezugszeichen wie die von Teil (a) gemäß 8 zugeordnet. In Teil (a) gemäß 8 bis Teil (d) gemäß 8 sind die positive Elektrode OCV und die negative Elektrode OCV so gezeichnet, dass sie in ein Zeichnungsblatt gemäß 8 passen, und somit ist die Lage der vertikalen Achse nicht ganz genau.
Auf der Grundlage der Diagramme gemäß 8 sieht man, dass die Art und Weise der Formänderung der Kurve der positiven Elektrode OCV oder der negativen Elektrode OCV, seit die Speicherbatterie auf den Markt gekommen ist, für jedes der drei Kapazitätsabbaumuster unterschiedlich ist.
Zunächst wird auf der Grundlage von Teil (b) gemäß 8 davon ausgegangen, dass im Vergleich zur negativen Elektrode OCV (Bezugszeichen 801) der Referenz-Speicherbatterie in der Speicherbatterie mit einer degradierten negativen Elektrode die Kurve der negativen Elektrode OCV (Bezugszeichen 81) in horizontaler Richtung, wie durch den Pfeil A angegeben, aufgrund der Abnahme der Retentionsrate der negativen Elektrodenkapazität θn reduziert ist.
Ferner wird auf der Grundlage von Teil (c) gemäß 8 davon ausgegangen, dass im Vergleich zur positiven Elektrode OCV (Bezugszeichen 800) der Referenz-Speicherbatterie in der Speicherbatterie mit einer degradierten positiven Elektrode die Kurve der positiven Elektrode OCV (Bezugszeichen 83) in horizontaler Richtung, wie durch den Pfeil B angezeigt, aufgrund der Abnahme der Retentionsrate θp der positiven Elektrodenkapazität reduziert ist.
Ferner wird auf der Grundlage von Teil (d) der 8 im Vergleich zur Referenz-Speicherbatterie, die einen Zustand vor dem Lithiumverbrauch angibt, bei der Speicherbatterie, bei der es aufgrund des Lithiumverbrauchs zu einer SOC-Verschiebung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode gekommen ist, die geladene Menge der negativen Elektrode unter dem vollen Ladezustand der Speicherbatterie aufgrund des oben beschriebenen Lithiumionenverbrauchs kleiner. In Bezug auf die negative Elektrode sieht man also, dass sich die Kurve der positiven Elektrode OCV (Bezugszeichen 85) gegenüber der positiven Elektrode OCV (Bezugszeichen 800) der Referenz-Speicherbatterie nach links verschoben hat, wie durch den Pfeil C angezeigt wird.
Auf der Grundlage der Diagramme gemäß 8 wird ferner davon ausgegangen, dass die Art und Weise der Formänderung der Kurve der Speicherbatterie OCV, da es sich bei der Speicherbatterie um ein neu eingeführtes Produkt handelt, ebenfalls für jedes der drei Kapazitätsabbaumuster unterschiedlich ist.
Zunächst werden die Speicherbatterie OCV (Bezugszeichen 84) der Speicherbatterie mit einer degradierten positiven Elektrode in Teil (c) der 8 und die Speicherbatterie OCV (Bezugszeichen 86) der Speicherbatterie in Teil (d) der 8, bei der eine SOC-Verschiebung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode stattgefunden hat, miteinander verglichen. Die Speicherbatterie OCV (Bezugszeichen 84) der Speicherbatterie mit einer degradierten positiven Elektrode in Teil (c) der 8 und die Speicherbatterie OCV (Bezugszeichen 86) der Speicherbatterie in Teil (d) der 8, bei der eine SOC-Verschiebung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode aufgetreten ist, weisen eine leicht ähnliche Formänderung auf.
Vergleicht man jedoch jede dieser OCVs mit der Speicherbatterie OCV (Bezugszeichen 802) der Referenzspeicherbatterie, so zeigt sich ein Unterschied in dem Teil (c) der 8, der eine kleine Potentialänderung in einem Bereich mit geringer Elektrizitätsmenge aufweist, während Teil (d) der 8 selbst in dem Bereich mit geringer Elektrizitätsmenge ein deutlich hohes Potential aufweist.
Weiterhin weichen im Teil (b) der 8 bis Teil (d) der 8 die Elektrizitätsmenge Q_max,i unter der oberen Grenzspannung und die Elektrizitätsmenge Qmin,i unter der unteren Grenzspannung von der Elektrizitätsmenge Q_max,i bzw. der Elektrizitätsmenge Qmin,i im Falle der Referenzspeicherbatterie aufgrund des Einflusses der Degradation ab. Infolgedessen wird davon ausgegangen, dass die durch Gleichung (8) dargestellte volle Ladungskapazität Fi kleiner wird.
Die Variationen von Q_max,i und Q_min,i hängen stark vom Muster der Kapazitätsdegradation und den Formen der OCVs der positiven und negativen Elektrode ab, und im Fall gemäß 8 wird davon ausgegangen, dass der Wert von SOC = 0 % der Zelle hauptsächlich von der negativen Elektrode beeinflusst wird, während der Wert von SOC = 100 % hauptsächlich von der positiven Elektrode beeinflusst wird.
Bei dieser Ausführungsform werden im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Patentdokument 2 bzw. dem Patentdokument 3 die positive Elektrode OCV und die negative Elektrode OCV nicht im Voraus erfasst, so dass zusätzlich zu der oben beschriebenen Gruppe von Kapazitätsparametern die jeweiligen OCV-Funktionen fp und fn der positiven und negativen Elektrode bestimmt werden müssen und die Gruppe von Parametern, die diese Formen charakterisieren, geschätzt werden muss. Nun wird ein detailliertes Prinzip davon zusammen mit einem internen Funktionsprinzip der Optimierungseinheit 105 beschrieben.
In der Optimierungseinheit 105 erzeugt die OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 für die positive/negative Elektrode jeweils eine OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode und der negativen Elektrode auf der Grundlage der Zeitreihen-Daten, die von der Datenspeichereinheit 104 ausgegeben werden, und eines Bestimmungssignals, das von der Speicherbatterie Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit 107 ausgegeben wird.
Konkret erzeugt die OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 für positive/negative Elektroden die OCV-Modellfunktion für positive Elektroden und die OCV-Modellfunktion für negative Elektroden durch Addition einer oder mehrerer OCV-Elementfunktionen.
Die positive Elektroden-OCV-Modellfunktion fp und die negative Elektroden-OCV-Modellfunktion fn werden durch den Ausdruck (9) bzw. den Ausdruck (10) dargestellt, die unten angegeben sind, wenn f_p ^j eine j-te positive Elektroden-OCV-Elementfunktion und f_n ^j eine j-te negative Elektroden-OCV-Elementfunktion darstellt. $f_{p} (Q) = Σ_{j = 1}^{m_{p}} f_{p}^{i} (Q)$
und $f_{n} (Q) = Σ_{j = 1}^{m_{n}} f_{n}^{i} (Q)$
Hier wird die Funktion f des Speicherbatterie-OCV-Modells durch den unten angegebenen Ausdruck (11) dargestellt. $f (Q) = f_{p} (Q) - f_{n} (Q)$
Im Allgemeinen ist im Bereich der Elektrochemie die Nernst-Gleichung, die als Logarithmusfunktion dargestellt wird, als Modell zur Beschreibung der OCV einer Speicherbatterie bekannt. Nun weist eine große Anzahl realer Speicherbatterie-Elektroden eine stufenweise Potentialänderung aufgrund der Phasenänderung des Elektrodenmaterials auf, so dass die OCV nicht nur mit der Nernst-Gleichung genau modelliert werden kann.
Zur Modellierung einer solchen schrittweisen Potentialänderung aufgrund einer Phasenänderung, wenn ein Kandidat der OCV-Elementfunktion der positiven Elektrode und der OCV-Elementfunktion der negativen Elektrode durch fe dargestellt wird, kann beispielsweise eine logistische Funktion verwendet werden, die durch den nachfolgend angegebenen Ausdruck (12) dargestellt wird. $f_{e} (x) = \frac{z}{1 + exp (- \frac{x - s}{a})}$
Alternativ kann eine kumulative Verteilungsfunktion einer Cauchy-Verteilung, die durch den unten angegebenen Ausdruck (13) dargestellt wird, als Kandidat fe der OCV-Element-Funktion der positiven Elektrode und der OCV-Element-Funktion der negativen Elektrode verwendet werden: $f_{e} (x) = z (\frac{1}{π} arctan (\frac{x - s}{a}) + \frac{1}{2})$
In Gleichung (12) und Gleichung (13) steht „z“ für eine Größe der potentiellen Änderung, „a“ für die Glätte der potentiellen Änderung und „s“ für einen Parameter zur Bestimmung der Mittelposition der potentiellen Änderung. Auf diese Weise ist es möglich, Potential-änderungen verschiedener Formen durch Anpassung dieser Parameterwerte zu modellieren.
Als weiteres Beispiel für die OCV-Elementfunktion kann eine hyperbolische Tangensfunktion oder eine Funktion, die nach ihrer Differenzierung eine asymmetrische Kurve ergibt, verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Gompertz-Funktion, eine allgemeine logistische Funktion oder ähnliches verwendet werden. Kurz gesagt, es genügt, dass die Funktion durch solche Parameter dargestellt werden kann, dass sie eine monoton nicht abnehmende Funktion aufweist und nach ihrer Differenzierung einen konvexen Peak hat.
Ferner kann zusätzlich zu den oben beschriebenen Elementfunktionen z.B. eine logarithmische Funktion, eine Exponentialfunktion o.ä. als Elementfunktion verwendet werden, die eine Potentialänderung ohne Ableitungspeak modelliert.
Die bei der ersten Ausführungsform zu verwendende Funktion des OCV-Elements ist nicht auf das oben erwähnte, bei der ersten Ausführungsform beschriebene Beispiel beschränkt und beinhaltet als Kandidaten alle Arten von Funktionen, die durch die Verwendung von Parametern dargestellt werden können.
9 und 10 zeigen die Anpassung für Daten auf einer negativen Graphitelektrode OCV durch Optimierungsberechnung mit einer Summe von vier logistischen Funktionen, die als Beispiel für eine negative Elektroden-OCV-Modellfunktion dienen. In 9 stellt die horizontale Achse die Elektrizitätsmenge und die vertikale Achse die Spannung dar. Ferner stellt in 10 die horizontale Achse die Elektrizitätsmenge und die vertikale Achse dV/dQ dar, was durch Differenzieren der Spannung V nach der Elektrizitätsmenge Q erhalten wird.
In 9 und 10 werden als Ergebnis der Optimierungsberechnung der Daten 901 und 904 auf der negativen Graphitelektrode OCV eine OCV-Kurve 903 und eine dV/dQ-Kurve 906 für die Anfangswerte 902 und 905 genau reproduziert. Dies liegt daran, dass die Potentialänderung aufgrund einer Phasenänderung ebenfalls erfolgreich durch die logistische Funktion modelliert wird.
11 und 12 zeigen die Anpassung der Daten für eine positive Lithium-Kobalt-Oxid-Elektrode OCV durch Optimierungsberechnung mit einer Summe von zwei logistischen Funktionen, die als Beispiel für eine positive Elektroden-OCV-Modell-funktion dient. In 11 stellt die horizontale Achse die Elektrizitätsmenge und die vertikale Achse die Spannung dar. Ferner stellt in 12 die horizontale Achse die Elektrizitätsmenge und die vertikale Achse dV/dQ dar, was durch Differenzieren der Spannung V nach der Elektrizitätsmenge Q erhalten wird.
In 11 und 12 werden als Ergebnis der Optimierungsberechnung von Daten 1001 und 1004 auf der positiven Lithium-Kobalt-Oxid-Elektrode OCV eine OCV-Kurve 1003 und eine dV/dQ-Kurve 1006 für die Anfangswerte 1002 und 1005 genau reproduziert. Die Graphen haben im Vergleich zu den in 9 und 10 gezeigten Graphitformen stark unterschiedliche Formen, aber auch in diesem Fall werden die OCV-Kurve und die dV/dQ-Kurve erfolgreich und genau reproduziert.
9, 10, 11 und 12 zeigen ein Beispiel für die Anpassung der OCV-Daten der positiven Elektrode und der OCV-Daten der negativen Elektrode, um zu zeigen, dass eine Summe von OCV-Element-Funktionen verwendet werden kann, um die OCV-Funktion der positiven Elektrode und die OCV-Funktion der negativen Elektrode mit verschiedenen Formen weitgehend anzupassen. Bei der ersten Ausführungsform wird jedoch keine Anpassung für die OCV-Daten der positiven Elektrode oder die OCV-Daten der negativen Elektrode durchgeführt. Bei der ersten Ausführungsform wird die Speicherbatterie OCV in einem Zustand, in dem die OCV-Daten der positiven Elektrode und die OCV-Daten der negativen Elektrode nicht erfasst werden, in positive und negative Elektroden getrennt.
3 illustriert ein Beispiel für den inneren Aufbau der Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106. Im Beispiel gemäß 3 beinhaltet die OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 mit positiver/negativer Elektrode eine OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 und eine OCV-Modell-Funktionsbestimmungseinheit (positive/negative Elektrode) 302.
Die OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 ist so ausgebildet, dass sie eine Funktionsform der OCV-Element-Funktion basierend auf den von der Datenspeichereinheit 104 ausgegebenen Zeitreihen-Daten ermittelt und ausgibt. Hier ist es nicht erforderlich, für jede OCV-Element-Funktion zu bestimmen, zu welcher, der positiven Elektrode oder der negativen Elektrode sie gehört. Auch die Werte einer Gruppe von Parametern, die die Form der OCV-Elementfunktion charakterisieren, werden zu diesem Zeitpunkt nicht bestimmt.
Die OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 bestimmt die Form der OCV-Element-Funktion vorzugsweise auf der Grundlage der Form der dV/dQ-Kurve, wobei die horizontale Achse die Elektrizitätsmenge Q darstellt. Das heißt, die OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 bestimmt die Form der OCV-Element-Funktion, indem sie als repräsentatives Beispiel unter Stücken von Zeitreihen-Daten, die von der Datenspeichereinheit 104 ausgegeben werden, die folgenden Zeitreihen-Daten auf der dV/dQ-Kurve verwendet: ${(Q_{i . k}, V_{i, k}^{(1)})}_{k_{0}}^{k_{f}}$
Kandidaten für die OCV-Elementfunktion sind beispielsweise eine logistische Funktion, eine hyperbolische Tangensfunktion und eine kumulative Verteilungsfunktion einer Cauchy-Verteilung. Alternativ kann den Kandidaten der OCV-Elementfunktion auch eine monoton nicht abnehmende Funktion hinzugefügt werden. Die OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 verwendet die von der Datenspeichereinheit 104 ausgegebenen Zeitreihen-Daten, um aus diesen Kandidaten die Funktionsform einer OCV-Element-Funktion auszuwählen, die am besten zu den Zeitreihen-Daten passt, und bestimmt die gewählte Funktionsform.
Die OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 weist zunächst dem konvexen Peak der dV/dQ-Kurve nacheinander eine OCV-Element-Funktion zu. Dies bedeutet, dass einer schrittweisen Potentialänderung der OCV eine OCV-Element-Funktion zugeordnet wird.
Als Nächstes assoziiert die OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 auch die OCV-Element-Funktion mit einer Formänderung, die keinen Gipfel wie die Steigung eines Berges hat. Dies entspricht typischerweise einer steilen Potentialänderung in der Nähe von SOC = 0 % oder SOC = 100 % und beinhaltet auch eine glatte Potentialänderung, wie sie z.B. in einem positiven Elektrodenmaterial auftritt.
Die OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 wählt in geeigneter Weise aus verschiedenen Kandidaten der oben beschriebenen OCV-Element-Funktionen eine OCV-Element-Funktion in Abhängigkeit von der Form des Peaks aus, mit dem die OCV-Element-Funktion assoziiert ist.
13 und 14 zeigen jeweils eine Illustration zur Darstellung eines Beispiels einer Spannungskurve und einer dV/dQ-Kurve der Speicherbatterie, wobei die horizontale Achse die Elektrizitätsmenge Q darstellt.
Die OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 erkennt eine charakteristische Spannungsänderung aus einer Spannungskurve 1100 gemäß 13 und ordnet der Spannungsänderung eine OCV-Element-Funktion zu. Die charakteristische Spannungsänderung kann typischerweise als ein Bereich angesehen werden, in dem sich eine Tendenz der Spannungsänderung stark ändert. Das heißt, es ist einfacher, den Bereich zu identifizieren, in welchem sich die Tendenz der Spannungsänderung stark ändert, indem man sich auf die dV/dQ-Kurve gemäß 14 bezieht, die einen Ableitungswert der Spannung V anzeigt, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist. Betrachtet man als Beispiel die dV/dQ-Kurve gemäß 14, so sind insgesamt acht charakteristische Spannungsänderungen zu erkennen.
Bei diesen acht charakteristischen Spannungsänderungen handelt es sich um eine große Spannungsschwankung (Bezugszeichen 1101) in einem Bereich mit niedrigem SOC-Wert, fünf konvexe Peaks (Bezugszeichen 1102 bis 1106), eine glatte Spannungsänderung (Bezugszeichen 1107) und eine weitere glatte Spannungsänderung (Bezugszeichen 1108) aufgrund der Tatsache, dass ein Bereich mit niedrigem SOC-Wert höher ist als ein Bereich mit mittlerem SOC-Wert. Auf diese Weise erkennt die OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 eine charakteristische Spannungsänderung aus dem Spannungsverlauf gemäß 13 und weist der charakteristischen Spannungsänderung eine OCV-Element-Funktion zu, die zu der charakteristischen Spannungsänderung passt.
Die Anzahl der zuzuweisenden Funktionen der OCV-Elemente ist nicht absolut und kann erhöht oder verringert werden. So ist z.B. ein vierter Peak (Bezugszeichen 1105) von der linken Seite der 14 klein, so dass man davon ausgehen kann, dass die OCV-Element-funktion nicht zugeordnet werden soll, oder es ist auch möglich, mehreren leichten Spannungsänderungen in einem Bereich mit hohem SOC (Bezugszeichen 1109) OCV-Elementfunktionen zuzuordnen.
Weiterhin kann z.B. eine mathematische Technik der Suche nach einem Peak in der in 14 gezeigten dV/dQ-Kurve verwendet werden, um eine OCV-Element-Funktion zuzuweisen. Alternativ dazu ist die Anzahl der zuzuweisenden OCV-Elementfunktionen höchstens 20, so dass die Anzahl der zuzuweisenden OCV-Elementfunktionen eine nach der anderen erhöht werden kann, bis sich die Genauigkeit der Anpassung kaum mehr ändert.
Die OCV-Modell-Funktionsbestimmungseinheit (positive/negative Elektrode) 302 bestimmt und gibt die Funktionsform der OCV-Modellfunktion der positiven/negativen Elektrode basierend auf den Zeitreihen-Daten, die von der Datenspeichereinheit 104 ausgegeben werden, der OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 und einer Ausgabe y aus der Bestimmungseinheit 403 aus, die in der Speicherbatterie Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit 107 bereitgestellt wird.
Um insbesondere die Funktionsformen der OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode und der OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode zu bestimmen, bestimmt die OCV-Modell-Funktionsbestimmungseinheit (positive/negative Elektrode) 302, zu welcher Elektrode jede von der OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit 301 ausgegebene OCV-Element-Funktionsfunktion gehört, das heißt, zu welcher, der positiven Elektrode oder der negativen Elektrode jede OCV-Elementfunktion gehört, und erzeugt eine OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode und eine OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode, die durch Gleichung (9) bzw. Gleichung (10) dargestellt werden.
Wenn die Gesamtzahl der OCV-Elementfunktionen m ist und die Gesamtzahl der OCV-Elementfunktionen, zu denen eine Elektrode gehören soll, m' ist, gehört jede OCV-Elementfunktion zu einer von zwei Elektroden, nämlich der positiven Elektrode oder der negativen Elektrode, was bedeutet, dass die Gesamtzahl der Kombinationen höchstens 2m-m' beträgt. Die OCV-Modell-Funktionsbestimmungseinheit (positive/negative Elektrode) 302 erzeugt also alle möglichen Kombinationsmuster. Muster aller OCV-Element-Funktionen, die zur positiven Elektrode oder zur negativen Elektrode gehören, können ausgeschlossen werden.
Die OCV-Modell-Funktionsbestimmungseinheit (positive/negative Elektrode) 302 wählt der Reihe nach ein Muster aus allen möglichen Kombinationsmustern aus und erzeugt eine OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode und eine OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode. Welches Muster aus allen Kombinationen ausgewählt wird, wird durch Verwendung eines Bestimmungsergebnisses y der Bestimmungseinheit 403 bestimmt, das in der Speicherbatterie Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit 107 bereitgestellt wird. Das Bestimmungsergebnis y stellt dar, wie oft die Optimierungsberechnung, wie später beschrieben, durchgeführt worden ist.
Als repräsentatives Beispiel werden der Wert von y und ein Kombinationsmuster Eins zu Eins miteinander assoziiert, die Assoziationsbeziehung wird im Speicher z.B. als Datentabelle gespeichert und ein Kombinationsmuster wird auf der Grundlage des Wertes von y gemäß der Assoziationsbeziehung bestimmt. Auf diese Weise kann für jede Zählung der Optimierungsberechnung im Voraus festgelegt werden, welche Kombination ausgewählt werden soll, um dadurch eindeutig zu bestimmen, welche Kombination auf der Grundlage des Wertes von y ausgewählt werden soll.
Der Ausdruck „zugehörige Elektrode ist festgelegt“ bezieht sich auf eine Situation, in der ein bestimmter Bereich der dV/dQ-Kurve und eine entsprechende Elementfunktion bestimmt werden, die von der positiven oder negativen Elektrode abgeleitet werden soll, z.B. aufgrund von Informationen über die zu diagnostizierende Speicherbatterie oder aufgrund der Kenntnis eines Zusammenhangs zwischen der Form der Spannungskurve oder dV/dQ-Kurve und einem Materialtyp.
Die Werte einer Gruppe von Parametern, die die Form der OCV-Modellfunktion der positiven/negativen Elektrode charakterisieren, d.h. die Werte einer Gruppe von Parametern, die die Form der OCV-Modellfunktion der positiven/negativen Elektrode charakterisieren, müssen zu diesem Zeitpunkt nicht bestimmt werden.
Die Speicherbatterie Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit 107 erfasst das Bestimmungsergebnis y basierend auf der positiven Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 und der negativen Elektroden-OCV-Modellfunktion, die von der positiven/negativen Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 erzeugt wird, und den Zeitreihen-Daten, die von der Datenspeichereinheit 104 ausgegeben werden, gibt das Bestimmungsergebnis y an die OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 der positiven/negativen Elektrode aus und gibt nach außen die OCV-Modellfunktion der positiven/negativen Elektrode, die Schätzwerte der Parametergruppe und die Schätzwerte θp, θn und θs der Kapazitätsparametergruppe aus. Eine detaillierte Beschreibung dieser Parameter wird nachstehend gegeben.
4 illustriert eine beispielhafte interne Struktur der Speicherbatterie Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit 107. Im Beispiel gemäß 4 beinhaltet die Speicherbatterie Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit 107 eine Optimierungsproblem-Bestimmungseinheit 401, eine Schätzungs-Berechnungseinheit 402 und eine Bestimmungseinheit 403.
Die Optimierungsproblem-Bestimmungseinheit 401 ist so ausgebildet, dass sie ein zu lösendes Optimierungsproblem bestimmt, indem sie die Speicherbatterie-Modellfunktion, die Gruppe der Schätzparameter der Speicherbatterie-Modellfunktion und die Auswertungsfunktion L basierend auf den Zeitreihen-Daten, die von der Datenspeichereinheit 104 ausgegeben werden, bestimmt.
Als repräsentatives Beispiel für die Bewertungsfunktion L wird das unten angegebene Modell des Ausdrucks (14) verwendet, das durch eine Summe von Bewertungsfunktionen Li für die jeweiligen Speicherbatterien i dargestellt wird: $L = Σ_{i = 1}^{N} L_{i}$
Als Bewertungsfunktion Li wird eine gewichtete Quadratsummenfunktion eines Fehlers zwischen d^jV/dQⁱ -Daten und dem Schätzwert von d^jV/dQⁱ verwendet, die z.B. durch den unten angegebenen Ausdruck (15) dargestellt wird. Der Schätzwert von d^jV/dQⁱ wird berechnet, indem der später beschriebene Ausdruck (16) einer Differenzierungsberechnung unterzogen wird. $L_{i} = Σ_{i = 0}^{d} w_{i j} Σ_{k = k_{0}}^{k_{f}} {(V_{i, k}^{(j)} - {\hat{V}}_{i, k}^{(j)})}^{2}$
In dem obigen Ausdruck ist die folgende Bedingung erfüllt: $V_{i, k}^{(0)} : = V_{i, k}$
Weiterhin stellt wij einen Gewichtskoeffizienten für die d^jV/dQⁱ-Daten der Speicherbatterie 101-i dar. Der Gewichtskoeffizient wij wird im Voraus für jede Kombination der Werte i und j festgelegt und z.B. in der Datentabelle gespeichert. Weiterhin wird ein Schätzwert von d^jV/dQⁱ für die Speicherbatterie 101-i zu einem Zeitpunkt k durch folgenden Ausdruck dargestellt: ${\hat{V}}_{i, k}^{(j)}$
Wenn nur die VQ-Kurve zur Erstellung einer Auswertungsfunktion und zur Durchführung einer Optimierungsberechnung verwendet wird, ist eine schrittweise Veränderung der VQ-Kurve z.B. durch einen Phasenwechsel in vielen Fällen nicht vollständig erfassbar. Im Gegensatz dazu wird bei der ersten Ausführungsform die Auswertefunktion L unter Berücksichtigung der Daten auf der d^jV/dQⁱ (j ≤ 1) Kurve erstellt, um einen Fehler aufgrund einer gleichzeitigen Änderung der Steigung des Spannungsverlaufs zu optimieren. Somit wird davon ausgegangen, dass der Schätzwert bei der Optimierungsberechnung mit größerer Wahrscheinlichkeit auf einen Wert nahe dem optimalen Wert konvergiert.
Als repräsentatives Beispiel wird eine Ableitung erster Ordnung (j = 1) oder eine Ableitung zweiter Ordnung (j = 2) verwendet, aber es können auch Ableitungsdaten finiter Ordnung einer Ableitung dritter oder größerer Ordnung (j ≥ 3) verwendet werden, um eine Bewertungsfunktion zu erstellen.
Der folgende Schätzwert: ${\hat{V}}_{i, k}^{(j)}$
kann berechnet werden, indem die unten angegebene Speicherbatterie-Modellfunktion des Ausdrucks (16) differenziert wird: ${\hat{V}}_{i, k} = f_{p} (\frac{Q_{i, k}}{θ_{p, i}}, θ_{s, i}, Φ_{p}) - f_{n} (\frac{Q_{i, k}}{θ_{n, i} F_{typ}}, Φ_{n}) + R_{i} I_{k}$
Die Symbole θ_p,i, θ_n,i, θs,i stehen für die Retentionsrate der positiven Elektrodenkapazität, die Retentionsrate der negativen Elektrodenkapazität bzw. den Verschiebungsbetrag des SOC der positiven/negativen Elektrode der Speicherbatterie 101-i, und das Symbol Ri[Ω] stellt den Innenwiderstand der Speicherbatterie 101-i dar. Das Symbol Φp stellt einen Vektor dar, der eine Gruppe von Parametern der positiven Elektrodenmodellfunktion jeder Speicherbatterie 101-i enthält, und das Symbol Φn stellt einen Vektor dar, der eine Gruppe von Parametern der negativen Elektrodenmodellfunktion der Speicherbatterie 101-i enthält. In Gleichung (16) haben die Speicherbatterien die gleichen Parameter.
Durch die Aufnahme eines Terms des Innenwiderstands Ri in die Speicherbatterie-Modellfunktion ist es möglich, eine Potenzialerhöhung aufgrund einer zu hohen Spannung zu berücksichtigen und eine Optimierung durchzuführen.
Dabei kann gleichzeitig ein Anfangswert Q_i,ini der Elektrizitätsmenge Q_i,k jeder Speicherbatterie 101-i geschätzt werden. Damit ist es möglich, auch dann eine Schätzung durchzuführen, wenn der Anfangswert der Elektrizitätsmenge unbekannt ist.
Wenn z.B. die positive Elektrodenmodellfunktion fp und die negative Elektrodenmodellfunktion fn der Speicherbatterie 101-i nur durch eine logistische Funktion konstruiert sind, werden diese Funktionen durch die unten angegebenen Ausdrücke (17) bzw. (18) dargestellt: $\begin{array}{l} (\frac{Q_{i, k}}{θ_{p, i}}, θ_{s, i}, Φ_{p}) \\ = Σ_{j = 1}^{m_{p}} f_{p}^{j} (\frac{Q_{i, k}}{θ_{p, i}} + θ_{s, i}, ϕ_{p, j}) = Σ_{j = 1}^{m_{p}} \frac{z_{p, j}}{1 + exp (- \frac{(Q_{i, k} / (θ_{p, i} F_{typ}) + θ_{s, i}) - s_{p, j}}{a_{p, j}})} \end{array}$
$f_{n} (\frac{Q_{i, k}}{θ_{n, i}}, Φ_{n}) = Σ_{j = 1}^{m_{n}} f_{n}^{j} (\frac{Q_{i, k}}{θ_{n, i}}, ϕ_{n, j}) = Σ_{j = 1}^{m_{n}} \frac{z_{n, j}}{1 + exp (- \frac{Q_{i, k} / (θ_{n, i} F_{typ}) - s_{n, j}}{a_{n, j}})}$
Darüber hinaus werden Φp und Φn durch die nachstehend aufgeführten Ausdrücke (19) und (20) repräsentiert: $Φ_{p} = [ϕ_{p,1} ϕ_{p,2} \dots ϕ_{p, m_{p}}] = [\begin{array}{l} z_{p,1} & z_{p,2} & \dots & z_{p, m_{p}} \\ a_{p,1} & a_{p,2} & \dots & a_{p, m_{p}} \\ s_{p,1} & s_{p,2} & \dots & s_{p, m_{p}} \end{array}]$
$Φ_{n} = [ϕ_{n,1} ϕ_{n,2} \dots ϕ_{n, m_{p}}] = [\begin{array}{l} z_{n,1} & z_{n,2} & \dots & z_{n, m_{n}} \\ a_{n,1} & a_{n,2} & \dots & a_{n, m_{n}} \\ s_{n,1} & s_{n,2} & \dots & s_{n, m_{n}} \end{array}]$
In Gleichung (17) bis Gleichung (20) wird die Gruppe der Kapazitätsparameter θp, θn und θs so modelliert, dass sie unter den Speicherbatterien unterschiedliche Werte annehmen, und die Gruppe der Parameter Φpund Φn der OCV-Modellfunktionen mit positiver/negativer Elektrode wird so modelliert, dass sie unter allen Speicherbatterien den gleichen Wert annehmen.
Im Gegensatz dazu kann, ähnlich wie bei der Gruppe der Kapazitätsparameter, ein Modell konstruiert werden, in dem ein Teil der Gruppe der OCV-Modellfunktionsparameter der positiven/negativen Elektrode als ein Wert betrachtet wird, der sich für jede Speicherbatterie ändert.
Wenn beispielsweise nur die a_p,i und a_n,i für jede Speicherbatterie innerhalb der positiven/negativen Elektroden-OCV-Modellfunktion unterschiedlich sind und die positive/negative Elektrodenelementfunktion nur mit einer logistischen Funktion ähnlich der obigen Beschreibung konstruiert ist, werden die positive Elektrodenmodellfunktion fp und die negative Elektrodenmodellfunktion fn der Speicherbatterie i durch die unten angegebenen Ausdrücke (21) bzw. (22) dargestellt: $\begin{array}{l} f_{p} (\frac{Q_{i, k}}{θ_{p, i}}, θ_{s, i}, δ_{p, i} Φ_{p}) \\ = Σ_{j = 1}^{m_{p}} f_{p}^{j} (\frac{Q_{i, k}}{θ_{p, i}}, θ_{s, i}, δ_{p, i j}, ϕ_{p, j}) = Σ_{j = 1}^{m_{p}} \frac{z_{p, j}}{1 + exp (- \frac{(Q_{i, k} / θ_{p, i} F_{typ} + θ_{s, i}) - s_{p, j}}{δ_{p, i j} a_{p, j}})} \end{array}$
$\begin{array}{l} f_{n} (\frac{Q_{i, k}}{θ_{n, i}}, δ_{n, i} Φ_{n}) \\ = Σ_{j = 1}^{m_{n}} f_{n}^{j} (\frac{Q_{i, k}}{θ_{n, i}}, δ_{n, i j}, ϕ_{n, j}) = Σ_{j = 1}^{m_{n}} \frac{z_{n, j}}{1 + exp (- \frac{(Q_{i, k} / θ_{n, i} F_{typ} + θ_{s, i}) - s_{n, j}}{δ_{n, i j} a_{n, j}})} \end{array}$
Darüber hinaus sind Φp und Φn ähnlich wie Gleichung (19) bzw. Gleichung (20). Inzwischen werden δ_p,i und δ_n,i durch die unten angegebenen Ausdrücke (23) bzw. (24) repräsentiert. $δ_{p, i} = [δ_{p, i 1} δ_{p, i 2} \dots δ_{p, i m_{p}}] = [a_{p,1} a_{p,2} \dots a_{p, m_{p}}]$
$δ_{n, i} = [δ_{n, i 1} δ_{n, i 2} \dots δ_{n, i m_{n}}] = [a_{n,1} a_{n,2} \dots a_{n, m_{n}}]$
Es ist auch bekannt, dass der Peak der dV/dQ-Kurve je nach Typ einer Speicherbatterie mit der Degradation glatter wird. Gleichung (23) und Gleichung (24) stellen eine Gruppe von Degradationsparametern der OCV-Modellfunktion positiver/negativer Elektroden dar, die ein solches Degradationsverhalten der dV/dQ-Kurve widerspiegeln. Es ist zu verstehen, dass die OCV-Modell-Funktionsverschlechterungsparameter der positiven/negativen Elektrode in eine größere Anzahl von OCV-Modell-Funktionsparametern der positiven/negativen Elektrode eingeführt werden können, oder dass die OCV-Modell-Funktionsverschlechterungsparameter nur in die positive Elektrode oder die negative Elektrode eingesetzt werden können.
Wie oben beschrieben, ermittelt die Optimierungsproblem-Bestimmungseinheit 401 die Speicherbatterie-Modellfunktion, die Gruppe der Schätzparameter und die Bewertungsfunktion L und gibt die Informationen dazu aus.
Die Schätzungs-Berechnungseinheit 402 führt die Schätzungsberechnung mit einem Optimierungsverfahren durch, das auf den von der Datenspeichereinheit 104 ausgegebenen Zeitreihen-Daten, der von der Optimierungsproblem-Bestimmungseinheit 401 ausgegebenen Speicherbatterie-Modellfunktion, der Gruppe der Schätzparameter und der Bewertungsfunktion L basiert. Dann berechnet die Schätzungs-Berechnungseinheit 402 eine solche Gruppe von Parametern der Speicherbatterie-Modellfunktion, dass die Bewertungsfunktion L minimiert wird, und gibt die Speicherbatterie-Modellfunktion, die Schätzwerte der Gruppe von Parametern und den Wert der Bewertungsfunktion L zum Zeitpunkt der Verwendung der Funktion und der Schätzwerte aus.
Ein in diesem Fall zu lösendes nichtlineares Optimierungsproblem wird im Folgenden als allgemeinstes Beispiel beschrieben: $min_{Θ_{p}, Θ_{n}, Θ_{s}, Φ_{p}, Φ_{n}, R} L (Θ_{p}, Θ_{n}, Θ_{s} . Φ_{p}, Φ_{n}, R)$
vorbehaltlich $g_{i} (Θ_{p}, Θ_{n}, Θ_{s} . Φ_{p}, Φ_{n}, R) \leq 0 (i - 1,2, \dots, d_{g})$
$h_{j} (Θ_{p}, Θ_{n}, Θ_{s} . Φ_{p}, Φ_{n}, R) = 0 (j = 1,2, \dots, d_{h})$
Die folgende Definition ist gegeben, wenn die Speicherbatterie 1 als Referenz-Speicherbatterie festgelegt ist und θ_p,1 = θ_n,1 = 1 erfüllt ist: $\begin{array}{l} Θ_{p} : = {[θ_{p,2,} θ_{p,2,}, \dots, θ_{p, N,}]}^{T} \\ Θ_{n} : = {[θ_{n,2,} θ_{n,2,}, \dots, θ_{n, N,}]}^{T} \\ Θ_{s} : = {[θ_{s,2,} θ_{s,2,}, \dots, θ_{s, N,}]}^{T} \\ R : = {[R_{1}, R_{2}, \dots, R_{N}]}^{T} \end{array}$
Die Funktionen gi und hi können jeweils differenziert werden, und es wird angenommen, dass eine skalare Variable innerhalb mindestens einer Matrix oder eines Vektors von Op, Θn, Θs, Φp, Φn und R als Argument gesetzt wird. Obwohl d_g ≥ 1 und d_h ≥ 1 erfüllt sind, sind eine Gleichheitsbeschränkung und eine Ungleichheitsbeschränkung nicht immer erforderlich. Es ist möglich, Kandidaten für eine Lösung des Optimierungsproblems einzuschränken, indem man in Form einer Gleichheits- oder Ungleichheitsbedingung Informationen über die Art der Speicherbatterie oder des Elektrodenmaterials oder Informationen, die aus den erfassten Spannungsdaten gelesen werden können, darstellt.
Als einfaches Beispiel, wenn das allgemeine Wissen: „die OCV-Element-Funktion ist eine monoton nicht abnehmende Funktion“ widergespiegelt werden soll, genügt es, dass ai ≥ 0 erfüllt ist, und somit -ai ≤ 0 als Ungleichheitsbeschränkung aufgenommen wird. Auch wenn das Wissen, dass der interne Widerstandswert nicht negativ ist, widergespiegelt werden soll, kann -Ri ≤ 0 in ähnlicher Weise erfüllt sein. Wenn ferner gesagt werden kann, dass die Mittenposition s_p,j der Funktion f_p ^j des j-ten positiven OCV-Elements der j-ten positiven Elektrode unter µ_p,j-δ_pj ≤ S_p,j ≤ µ_p,j+δ_p,j fällt, indem µ_p,j und ein Fehler δp,j basierend auf den Spannungsdaten oder den Daten der Spannungsableitung verwendet wird, können µ_p,j - δ_p,j-s_p,j ≤ 0 und s_p,j- µ_p,j -δ_p,j ≤ 0 als Ungleichheitsbeschränkung einbezogen werden.
Die Argumente der Funktionen L, g_i(i = 1, 2, ---, d_g), h_j(i = 1, 2, ---, d_h) werden der Einfachheit halber als Op, Θn, Θs, Φp, Φn und R beschrieben, aber mindestens ein Skaliererwert innerhalb mindestens einer Matrix oder eines Vektors unter diesen Argumenten kann als Variable gesetzt werden, und es ist zu verstehen, dass das Argument für jede Funktion unterschiedlich sein kann.
Wenn das Optimierungsproblem keine Randbedingung hat, ist die Optimierungsmethode, die von der Schätzungs-Berechnungseinheit 402 verwendet werden kann, eine nichtlineare Optimierungsmethode, wie z.B. ein Gradientenabstiegsverfahren, ein Newton-Verfahren, ein Gauß-Newton-Verfahren, ein Quasi-Newton-Verfahren und ein Levenberg-Marquardt-Verfahren. Die Schätzungs-Berechnungseinheit 402 führt Schätzungsberechnungen durch, indem sie mindestens eine dieser Optimierungsmethoden verwendet, um eine solche Gruppe von Parametern der Speicherbatterie-Modellfunktion zu berechnen, dass die Bewertungsfunktion L minimiert wird.
Wenn das Optimierungsproblem eine Randbedingung hat, kann die Schätzungs-Berechnungseinheit 402 ein Optimierungsproblem unter Berücksichtigung einer Randbedingung lösen. Als Lösung sind verschiedene Arten von Methoden, wie z.B. die Straffunktionsmethode, die Multiplikatormethode, die sequentielle quadratische Programmiermethode, die Innenpunktmethode oder die verallgemeinerte Methode mit reduziertem Gradienten (GRG-Methode) bekannt.
Die Methode zur Lösung des Nicht-Einschränkungs-Optimierungsproblems und des Einschränkungs-Optimierungsproblems ist nur ein Beispiel, und es können andere Optimierungsmethoden verwendet werden, oder es können je nach Umfang (Anzahl der Variablen) des Problems oder der Berechnungsressourcen andere Optimierungsmethoden verwendet werden.
Mit nur den Daten der einzelnen Speicherbatterie kann die Trennung der positiven/negativen Elektrode nicht durchgeführt werden, wenn keine vorläufigen Informationen über die Speicherbatterie erfasst werden. Es ist jedoch prinzipiell möglich, eine positive/negative Elektrodentrennung durchzuführen, wenn mehrere Speicherbatteriedaten mit unterschiedlichen Degradationsgraden vorhanden sind. Dies liegt daran, dass eine Vielzahl von Speicherbatterien des gleichen Typs in der Regel unterschiedliche Degradationsgrade aufweisen, z.B. aufgrund eines individuellen Unterschieds, eines Unterschieds in der Nutzungsumgebung oder eines Unterschieds in der Nutzungsmethode, mit dem Ergebnis, dass dieser Unterschied im Degradationsgrad als ein Unterschied im Wert der Gruppe von Kapazitätsparametern erscheint.
Hier wird unter diesen eine Optimierungsberechnung höchstens (2m-2) Mal durchgeführt, und eine Speicherbatterie-Modellfunktion mit dem kleinsten Wert der Bewertungsfunktion L, der einen Fehler anzeigt, ist eine Speicherbatterie-Modellfunktion, die eine genaue Trennung der positiven/negativen Elektrode durchgeführt hat. Wenn auf der Grundlage der vorläufigen Informationen bestimmt wird, zu welcher, der positiven Elektrode oder der negativen Elektrode, m' OCV-Elementfunktionen gehören, wird die Anzahl der Male der Optimierungsberechnung weiter auf 2m-m' reduziert.
Die Bestimmungseinheit 403 bestimmt das Schätzungsberechnungsergebnis der Schätzungs-Berechnungseinheit 402 auf der Grundlage des Wertes der von der Schätzungs-Berechnungseinheit 402 ausgegebenen Bewertungsfunktion L zum r-ten Mal. In diesem Fall gibt r eine ganze Zahl von eins bis r_max an, die die im Voraus festgelegte maximale Anzahl von Wiederholungen darstellt. In der folgenden Beschreibung wird rmax = 2m-2 angenommen. Damit ändert die Bestimmungseinheit 403 nacheinander eine Kombination von OCV-Elementfunktionen, die zur positiven Elektrode oder zur negativen Elektrode gehören, und führt die Bestimmung für die für alle Kombinationen berechneten Werte der Bewertungsfunktion L durch.
Die Bestimmungseinheit 403 gibt die Speicherbatterie-Modellfunktion und die Gruppe der Parameter der Speicherbatterie-Modellfunktion dann aus, wenn die Bewertungsfunktion L von allen Werten der Bewertungsfunktion L für das erste bis rmax Mal den Minimalwert annimmt. Nun wird die Bestimmungseinheit 403 im Detail beschrieben.
Zunächst berechnet die Bestimmungseinheit 403 mit Hilfe des unten angegebenen Ausdrucks (25) einen Mindestwert L_opt,r unter den Werten der Auswertungsfunktion L, die alle Schätzberechnungsergebnisse für die vergangenen r Male sind, und speichert den Mindestwert L_opt,r im Speicher ab. Insbesondere wird, wie in dem unten angegebenen Ausdruck (25) angegeben, im Fall des ersten Mals (r = 1) der Wert der Auswertungsfunktion L als optimaler Wert L_opt,r der Auswertungsfunktion im Speicher gespeichert. Im Falle des zweiten Males (r = 2) werden der im Speicher gespeicherte Wert L_opt,r und der Wert der Auswertefunktion L für das zweite Mal miteinander verglichen, und der kleinere Wert wird im Speicher als der Wert L_opt,r gespeichert.
Beim dritten Mal werden der im Speicher gespeicherte Wert L_opt,r und der Wert der Auswertefunktion L zum dritten Mal miteinander verglichen, und der kleinere Wert wird als der Wert L_opt,r in den Speicher eingespeichert. Diese Verarbeitung wird r_max-mal wiederholt, was der maximalen Anzahl von Wiederholungen entspricht, so dass der kleinste Wert der Auswertefunktion L über r_max-Wiederholungsmale als definitiver „optimaler Wert L_opt,r der Auswertefunktion“ im Speicher abgelegt wird. $L_{opt,r} = {\begin{array}{l} L, & f \ddot{u} r r = 1 \\ {\begin{matrix} L_{opt,r-1}, w e n n L_{opt,r} < L \\ L, w e n n L_{opt,r} \geq L \end{matrix} & f \ddot{u} r 2 \leq r \leq 2^{m - m'} \end{array}$
Wenn ferner eine Matrix, die alle bei der Schätzberechnung berechneten Parametergruppen aggregiert, durch Θ dargestellt wird, und Θ dann, wenn die Auswertungsfunktion L den Mindestwert L_opt,r durch r Male der Schätzberechnung nimmt, durch Θ_opt dargestellt wird, berechnet die Bestimmungseinheit 403 _Θορt gemäß dem unten angegebenen Ausdruck (26) und speichert Θ_opt im Speicher ab. Insbesondere wird, wie im Ausdruck (26) unten angegeben, im Falle des ersten Mals (r = 1) der Wert der Matrix Θ zu diesem Zeitpunkt als optimaler Θ_opt,r im Speicher gespeichert.
Im Falle des zweiten Males (r = 2) werden die im Speicher gespeicherte Bewertungsfunktion L_opt,r und die Bewertungsfunktion L für das zweite Mal miteinander verglichen, und Θ entsprechend dem kleineren Wert von L wird im Speicher als Θ_opt,r gespeichert. Beim dritten Mal werden der im Speicher gespeicherte Wert L_opt,r der Auswertefunktion L und der Wert der Auswertefunktion L zum dritten Mal miteinander verglichen, und Θ entsprechend dem kleineren Wert der Auswertefunktion L wird als Θ_opt,r im Speicher abgespeichert. Diese Verarbeitung wird r_max-mal wiederholt, was der maximalen Anzahl von Wiederholungen entspricht, so dass der Wert von Θ, der dem minimalen Wert der Bewertungsfunktion L bis zu rmax -Wiederholungsmalen entspricht, im Speicher als definitives „Optimum Θ_opt,r‟ gespeichert wird. $Θ_{opt,r} = {\begin{array}{l} Θ, & f \ddot{u} r r = 1 \\ {\begin{array}{l} Θ_{opt,r-1},wenn L_{opt,r} < L \\ Θ,wenn L_{opt,r} \geq L \end{array} & f \ddot{u} r 2 \leq r \leq 2^{m - m'} \end{array}$
Wenn ferner die Speicherbatterie-Modellfunktion f dann, wenn die Auswertefunktion L den Minimalwert L_opt,r durch r Male der Schätzberechnung annimmt, durch f_opt,r repräsentiert wird, berechnet die Bestimmungseinheit 403 in ähnlicher Weise fopt gemäß dem unten angegebenen Ausdruck (27) und speichert f_opt im Speicher ab. Insbesondere wird, wie in dem unten angegebenen Ausdruck (27) angegeben, beim ersten Mal (r = 1) die Speicherbatterie-Modellfunktion f zu diesem Mal als optimaler Wert f_opt,r im Speicher abgelegt. Beim zweiten Mal (r = 2) werden die im Speicher gespeicherte Auswertefunktion L_opt,r und die Auswertefunktion L das zweite Mal miteinander verglichen, und f entsprechend dem kleineren Wert von L wird als f_opt,r in den Speicher gespeichert.
Beim dritten Mal werden der im Speicher abgelegte Wert L_opt,r der Auswertefunktion L und der Wert der Auswertefunktion L zum dritten Mal miteinander verglichen und f entsprechend dem kleineren Wert der Auswertefunktion L als f_opt,r abgespeichert. Diese Verarbeitung wird r_max-mal wiederholt, was der maximalen Anzahl von Wiederholungen entspricht, so dass f entsprechend dem minimalen Wert der Auswertefunktion L durch rmax -malige Wiederholungen als definitiver „optimaler Wert f_opt,r“ im Speicher abgelegt wird. $f_{opt,r} = {\begin{array}{l} f, & f \ddot{u} r r = 1 \\ {\begin{matrix} f_{opt,r - 1}, wenn L_{opt,r} < L \\ f, wenn L_{opt,r} \geq L \end{matrix} & f \ddot{u} r 2 \leq r \leq 2^{m - m'} \end{array}$
Weiterhin berechnet die Bestimmungseinheit 403 die Anzahl der Schätzberechnungen gemäß dem unten angegebenen Ausdruck (28) und speichert die Anzahl im Speicher. $y = {\begin{array}{l} r + 1, & f \ddot{u} r r < 2^{m - m'} \\ 1, & f \ddot{u} r r = 2^{m - m'} \end{array}$
Das heißt, die Bestimmungseinheit 403 zählt die Anzahl der Male, die die nächste Schätzberechnung erreicht, bis die Anzahl der Male r der Schätzberechnung 2m-m' erreicht, und gibt den Wert y = r+1 aus. Dann, wenn die Anzahl der Male r den Wert 2m-m' erreicht, setzt die Bestimmungseinheit 403 den Wert von y auf 1 zurück, um y = 1 zu erhalten. Der Wert von y wird an die Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 ausgegeben.
Auf diese Weise wird die Schätzungsberechnung bis zur maximalen Anzahl von rmax beendet, wenn die Anzahl r der Schätzungsberechnung r = 2m-m' erreicht. Dann beendet die Optimierungseinheit 105 die Schätzberechnung, und die Bestimmungseinheit 403 gibt y, das den Wert 0 hat, der das Betriebsende der Optimierungseinheit 105 anzeigt, an die Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 aus.
Zugleich gibt die Bestimmungseinheit 403 die optimale Speicherbatterie-Modellfunktion f und die optimale Gruppe Θ von Schätzparametern nach außen aus. D.h. die Bestimmungseinheit 403 gibt als definitiven fopt und Oopt, f_opt,r und Θ_opt,r dann aus, wenn r = 2m-m' erreicht ist, d.h. wenn die Anzahl der Wiederholungen die maximale Anzahl der Wiederholungen rmax erreicht.
Die obige Beschreibung bezieht sich auf ein Beispiel, in dem die Bestimmungseinheit 403 eine Wiederholungsbestimmungsverarbeitung mit rmax -Malen durchführt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Als eine weitere Methode, die von der Bestimmungseinheit 403 durchgeführt werden kann, kann die Bestimmungseinheit 403 den Wert der von der Schätzungs-Berechnungseinheit 402 ausgegebenen Bewertungsfunktion L mit einem im Voraus festgelegten Fehlerschwellenwert ε vergleichen und einen Erfolg feststellen, wenn L < ε erfüllt ist, oder einen Misserfolg feststellen, wenn L ≥ ε erfüllt ist. In diesem Fall wird y auf folgende Weise für L eines r-ten Schätzungsberechnungsergebnisses berechnet $y = {\begin{matrix} r, & f \ddot{u} r L \geq ε \\ 1, & f \ddot{u} r L < ε \end{matrix}$
Wenn der Wert der Bewertungsfunktion L kleiner als der Fehlerschwellenwert ε ist und ein Erfolg festgestellt wird, wird y = 1 an die Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 ausgegeben, und f_opt,r und Θ_opt,r werden zum r-ten Mal nach außen ausgegeben. Wird dagegen ein Misserfolg festgestellt, so wird y = r an die Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 ausgegeben.
Damit führt die Positiv/Negativ-Elektroden OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit 106 die Verarbeitung vom Schritt S302 gemäß 7 aus, nämlich die Verarbeitung der Regeneration der positiven Elektroden-OCV-Modell-Funktion und der negativen Elektroden-OCV-Modell-Funktion durch Änderung der Kombination von OCV-Element-Funktionen, die in der positiven Elektroden-OCV-Modell-Funktion und der negativen Elektroden-OCV-Modell-Funktion enthalten sind, die zu der positiven Elektrode oder der negativen Elektrode gehören.
Dann verwendet die Speicherbatterie-Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit 107 die regenerierte positive Elektroden-OCV-Modellfunktion und negative Elektroden-OCV-Modellfunktion, um eine neue Speicherbatterie-Modellfunktion zu erzeugen, und führt die Verarbeitung vom Schritt S401 bis Schritt S403 gemäß 7 erneut aus. Auf diese Weise wird die Verarbeitung vom Schritt S302 bis zum Schritt S403 gemäß 7 wiederholt ausgeführt, bis der Wert der Bewertungsfunktion L kleiner als der Fehlerschwellenwert ε wird.
Wie oben beschrieben, werden zwei Methoden beschrieben, die von der Bestimmungseinheit 403 durchzuführen sind. Die Bestimmungseinheit 403 kann jede der beiden oben beschriebenen Methoden durchführen. Darüber hinaus kann die Bestimmungseinheit 403 bei jeder Methode die volle Ladekapazität Fi jeder Speicherbatterie 101-i durch Berechnung der Ausdrücke (6) bis (8) weiter berechnen und die volle Ladekapazität Fi zusammen mit den endgültigen Bestimmungsergebnissen f_opt,r und Θ_opt,r ausgeben.
15 bis 20 sind Beispiele für die Optimierung der Daten für die Ladung eines neuen Produkts und eines degradierten Produkts einer Speicherbatterie bei einer C-Rate von 1/20 zusätzlich zu den dV/dQ-Daten und den d²V/dQ²-Daten. 15 bis 17 sind Illustrationen für den Fall eines neuen Produkts, und in 15 bis 17 stellt die horizontale Achse die Elektrizitätsmenge dar, und die vertikalen Achsen stellen die Spannung, dV/dQ bzw. d²V/dQ² dar. In 18 bis 20 ist der Fall eines verschlechterten Produkts dargestellt, und in 18 bis 20 stellt die horizontale Achse die Elektrizitätsmenge dar, und die vertikalen Achsen stellen eine Spannung dV/dQ bzw. d²V/dQ² dar.
Weiterhin stellen in 15 bis 17 die Bezugszeichen 1201, 1203 und 1206 jeweils Daten dar, die Bezugszeichen 1202, 1204 und 1207 jeweils einen optimierten Schätzwert und die Bezugszeichen 1205 und 1208 jeweils einen Anfangswert. In ähnlicher Weise stellen in 18 bis 20 die Bezugszeichen 1211, 1213 und 1216 jeweils Daten dar, die Bezugszeichen 1212, 1214 und 1217 jeweils einen optimierten Schätzwert und die Bezugszeichen 1215 und 1218 jeweils einen Anfangswert.
In 15 bis 20 wird der Ausdruck (16) als Speicherbatterie-Modellfunktion verwendet. Die Gruppe der Kapazitätsparameter der Referenz-Speicherbatterie, die eine neue Speicherbatterie ist, wird auf θp = θn = 1 und θs = 0 gesetzt, und nur die Gruppe der Kapazitätsparameter einer degradierten Speicherbatterie wird geschätzt. In allen Diagrammen gemäß 15 bis 17 und 18 bis 20 stimmen die Daten 1201, 1203, 1206, 1211, 1213 und 1216 genau mit den Schätzwerten 1202, 1204, 1207, 1211, 1214 bzw. 1217 überein, und es wird davon ausgegangen, dass die OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode, die OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode, deren Parametergruppen und ein Innenwiderstand der Speicherbatterie erhalten werden.
Als Nächstes wird eine Reihe von Operationen beschrieben, die von der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform durchzuführen sind, wenn die Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100 die Merkmale der Speicherbatterien 101-1, ---, und 101-N unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme gemäß 5 bis 7 diagnostiziert. 5 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Operationen, die von der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform durchzuführen sind.
6 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Operationen, die von der Datenspeichereinheit 104 gemäß der ersten Ausführungsform durchzuführen sind. 7 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Operationen, die von der Optimierungseinheit 105 bei der ersten Ausführungsform durchzuführen sind.
Bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform wird die Ausführung der Bearbeitung in der Reihenfolge der einzelnen Schritte beschrieben, die in den einzelnen Flussdiagrammen der 5 bis 7 dargestellt sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Reihenfolge der Ausführung durch die Speicherbatterie-Diagnose-einrichtung 100 ist nicht auf die in jedem Flussdiagramm dargestellte Reihenfolge beschränkt, und die Ersetzung der Ausführungsreihenfolge ist zulässig, solange das Abhängigkeitsverhältnis zwischen den Schritten erhalten bleibt.
Wie oben beschrieben, werden gemäß der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung der ersten Ausführungsform Zeitreihen-Daten über eine Vielzahl zu diagnostizierender Speicherbatterien verwendet, um eine spezifische Degradationsdiagnose durch Trennung der positiven/negativen Elektrode zu ermöglichen und die Veränderung der OCV aufgrund der Degradation genau zu korrigieren, ohne dass Daten wie die OCV-Daten der Speicherbatterie oder die OCV-Daten der positiven/negativen Elektrode vorher erfasst werden müssen. Auf diese Weise ist bei der ersten Ausführungsform eine Vorabinformation über die zu diagnostizierende Speicherbatterie nicht unerlässlich.
Ausführungsform 2
Nun werden eine Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung und ein Diagnoseverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Konfiguration der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform entspricht der in 1 der ersten Ausführungsform dargestellten, so dass die Beschreibung der Konfiguration hier unterbleibt.
Bei der zweiten Ausführungsform werden Zeitreihen-Daten zu N+M Speicherbatterien verwendet, die sowohl Zeitreihen-Daten zu N Speicherbatterien als auch Zeitreihen-Daten zu M Speicherbatterien enthalten, die in der Vergangenheit gespeichert worden sind. Damit ist eine Bedingung von N+M ≥ 2 anstelle der bei der ersten oben beschriebenen Ausführungsform beschriebenen Bedingung von N ≥ 2 erfüllt.
Daher kann in der Beschreibung der Konfiguration und des Betriebs der zweiten Ausführungsform N in der Beschreibung der Konfiguration und des Betriebs der oben beschriebenen ersten Ausführungsform als durch N+M ersetzt angesehen werden.
Wie oben beschrieben, ist es mit der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung und dem Diagnoseverfahren der zweiten Ausführungsform möglich, auch bei nur einer zu diagnostizierenden Speicherbatterie eine spezifische Diagnose der Speicherbatterie und eine Korrektur der OCV durch positive/negative Elektrodentrennung unter Verwendung der bisherigen Zeitreihen-Daten zur Speicherbatterie durchzuführen. Auch bei einer Vielzahl von Speicherbatterien erhöht sich die Menge der verwertbaren Daten, was eine zuverlässigere und genauere Diagnose ermöglicht.
Ausführungsform 3
Nun wird ein Speicherbatterie-Steuersystem 200 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 21 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Konfiguration des Speicherbatterie-Steuersystems 200 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 21 sind N (N ≤ 2) an das Speicherbatterie-Steuersystem 200 angeschlossene Speicherbatterien 101-1, ---, 101-N und ein Leistungswandler 201, an den ein Steuersignal vom Speicherbatterie-Steuersystem 200 zu übertragen ist, dargestellt.
Das Speicherbatterie-Steuersystem 200 beinhaltet eine Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 200-1 und eine Steuerung 200-2.
Die Konfiguration der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 200-1 gemäß der dritten Ausführungsform entspricht der in 1 der ersten Ausführungsform dargestellten Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 100, so dass hier auf die Beschreibung der Konfiguration verzichtet wird.
Die Steuerung 200-2 ist so ausgebildet, dass sie mit Hilfe der Speicherbatterie-Modell-funktion, deren Parametergruppe und der Gruppe der Kapazitätsparameter, die von der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 200-1 ausgegeben werden, ein Steuersignal an den Leistungswandler 201 überträgt. Dieses Steuersignal wird verwendet, um die Eingangs-/Ausgangsleistung der Speicherbatterie unter Berücksichtigung (a) der Leistung oder der von einer Außenseite der Speicherbatterie benötigten Leistung, (b) eines internen Zustands der Speicherbatterie, wie z.B. Eingangs-/Ausgangskennlinie, SOC und Degradationsgrad, und (c) der Nutzungseffizienz und Benutzerfreundlichkeit für den Anwender einzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, die Speicherbatterie unter Verwendung eines von der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 200-1 ausgegebenen Diagnoseergebnisses genauer und effizienter zu steuern.
Der Leistungswandler 201 ist so ausgebildet, dass er den Eingang/Ausgang der Speicherbatterien 101-1, ---, 101-N, basierend auf dem vom Speicherbatterie-Steuersystem 200 übertragenen Steuersignal, steuert.
Der Leistungswandler 201 ist z.B. ein Konverter oder Wechselrichter, der im Allgemeinen in einem Produkt, in dem eine Speicherbatterie eingebaut ist, wie z.B. in einem Automobil oder einem festen Stromspeichersystem, weit verbreitet ist.
Die Steuerung 200-2 kann innerhalb des Leistungswandlers 201 anstelle der bei der dritten Ausführungsform beschriebenen Konfiguration gemäß 21 installiert werden. In diesem Fall kann das Speicherbatterie-Steuersystem 200 nur die Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung 200-1 enthalten und den Ausgang der Speicherbatterie-Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit 107 in die Steuerung 200-2 in den Leistungswandler 201 einspeisen.
Alternativ kann anstelle der bei der dritten Ausführungsform dargestellten Konfiguration gemäß 21 das Speicherbatterie-Steuersystem 200 im Leistungswandler 201 eingebaut sein.
Das heißt, das Speicherbatterie-Steuersystem 200 bzw. die Steuerung 200-2 kann in einem untergeordneten System oder in einem übergeordneten System installiert werden.
Die Speicherbatterien 101-1, ---, 101-N, das Speicherbatterie-Steuersystem 200, die Steuerung 200-2 und der Leistungswandler 201 können in dasselbe Produkt eingebaut sein, oder eine oder mehrere dieser Komponenten können in ein anderes Produkt eingebaut sein. Beispielsweise kann nur das Speicherbatterie-Steuersystem 200 in ein übergeordnetes Energiemanagementsystem (EMS) oder in ein Cloud-Computing-System eingebaut sein.
Anschließend wird eine Reihe von Operationen beschrieben, die vom Speicherbatterie-Steuersystem 200 gemäß der dritten Ausführungsform durchzuführen sind, wenn das Speicherbatterie-Steuersystem 200 die Merkmale der Speicherbatterien 101-1, ---, 101-N unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm gemäß 22 diagnostiziert. 22 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Operationen, die das Speicherbatterie-Steuersystem 200 gemäß der dritten Ausführungsform durchzuführen hat.
Spezifische Schritte des Schrittes S501 sind die in 5 bis 7 bei der ersten Ausführungsform dargestellten Bearbeitungsschritte, so dass deren Beschreibung hier unterbleibt. In Schritt S502 erhält die Steuerung 200-2 das im Schritt S501 erhaltene Diagnoseergebnis und sendet ein Steuersignal an den Leistungswandler 201. Im Schritt S503 arbeitet der Leistungswandler 201 in Übereinstimmung mit dem von der Steuerung 200-2 gesendeten Steuersignal und steuert den Ein-/Ausgang der Speicherbatterien 101-1, ---, 101-N.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß dem Speicherbatterie-Steuersystem und dem Speicherbatterie-Steuerverfahren der dritten Ausführungsform möglich, eine genauere und effizientere Speicherbatterie-Steuerung nicht nur durch die Diagnose der Speicherbatterie, sondern auch durch die Spiegelung des Diagnoseergebnisses in der Speicherbatterie-Steuerung durchzuführen.
Bezugszeichenliste

101-1: Speicherbatterie
101-i: Speicherbatterie
101-N: Speicherbatterie
102-1: Stromdetektionseinheit
102-i: Stromdetektionseinheit
102-N: Stromdetektionseinheit
103-1: Spannungsdetektionseinheit
103-i: Spannungsdetektionseinheit
103-N: Spannungsdetektionseinheit
104: Datenspeichereinheit
105: Optimierungseinheit
201: Zeitreihen-Datenspeichereinheit
202: Zeitreihen-Elektrizitätsmengen-Berechnungseinheit
203: Spannungsableitungsdaten-Berechnungseinheit
301: OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit
302: OCV-Modell-Funktionsbestimmungseinheit (positive/negative Elektrode)
401: Optimierungsproblem-Bestimmungseinheit
402: Schätzungs-Berechnungseinheit
403: Bestimmungseinheit
200: Speicherbatterie-Steuersystem
200-1: Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung
200-2: Steuerung
201: Leistungswandler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6123844 B2 [0007]
JP 2013140037 A [0007]
JP 6151163 B2 [0007]
JP 2015230193 A [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Bloom Ira et al.: „Differential Voltage Analyses of high-power, lithium-ion cells: 1. Technique and application“, Journal of Power Sources 139 (2005), 16. Sept. 2004, Seiten 295 bis 303 [0007]

Claims

Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung, die Folgendes aufweist: - Spannungsdetektionseinheiten, die so ausgebildet sind, dass sie Spannungen zwischen den Anschlüssen von jeweils N Speicherbatterien als N detektierte Spannungen detektieren, wobei N gleich oder größer als 2 ist; - eine Datenspeichereinheit, die so ausgebildet ist, dass sie Zeitreihen-Daten über die N Speicherbatterien einschließlich Zeitreihen-Daten über die erfassten Spannungen speichert; - eine Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit, die so ausgebildet ist, dass sie OCV-Elementfunktionen erhält, die zu den Zeitreihen-Daten über die in der Datenspeichereinheit gespeicherten erfassten Spannungen passen, um dadurch jeweils eine OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode und eine OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode zu erzeugen, die den N Speicherbatterien durch eine Summe der OCV-Elementfunktionen entsprechen; und - eine Speicherbatterie-Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit, die so ausgebildet ist, dass sie auf der Grundlage der OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode und der OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode eine Speicherbatterie-Modellfunktion erzeugt, die jeder der N Speicherbatterien entspricht, und eine Auswertefunktion erzeugt, die einen Fehler zwischen den in der Datenspeichereinheit gespeicherten Zeitreihen-Daten und Zeitreihen-Daten auf einem mit Hilfe der Speicherbatterie-Modellfunktion berechneten Schätzwert anzeigt, um dadurch eine solche Gruppe von Schätzparametern der N Speicherbatterie-Modellfunktionen entsprechend den jeweiligen N Speicherbatterien zu berechnen, dass der Wert der Auswertefunktion minimiert wird.
Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die von der Speicherbatterie-Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit zu berechnende Gruppe von Schätzparametern der N Speicherbatterie-Modellfunktionen Folgendes beinhaltet: - mindestens einen aus einer Gruppe von Parametern der OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode oder einer Gruppe von Parametern der OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode, die unter den N Speicherbatterien gleich sind; und - mindestens einen aus einer Gruppe von Kapazitätsparametern einschließlich einer positiven Elektrodenkapazitäts-Retentionsrate, einer negativen Elektrodenkapazitäts-Retentionsrate und einem SOC-Verschiebungsbetrag zwischen einer positiven und einer negativen Elektrode, die sich unter den N Speicherbatterien unterscheiden.
Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung (200-1) nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin Folgendes aufweist: - Stromdetektionseinheiten, die so ausgebildet sind, dass sie die jeweiligen Lade-/Entladeströme der N Speicherbatterien als N detektierte Ströme detektieren, wobei die Datenspeichereinheit Folgendes enthält: - eine Zeitreihen-Elektrizitätsmengen-Berechnungseinheit, die so ausgebildet ist, dass sie Zeitreihen-Daten über Elektrizitätsmengen der N Speicherbatterien auf der Grundlage der von den Stromdetektionseinheiten erfassten N erfassten Ströme berechnet, - eine Spannungsableitungsdaten-Berechnungseinheit (203), die ausgebildet ist, um die Zeitreihen-Daten über die N erfassten Spannungen, die durch die Spannungsdetektionseinheiten erfasst werden, durch die Zeitreihen-Daten über die elektrischen Größen der N Speicherbatterien zu differenzieren, um dadurch Zeitreihen-Spannungsableitungsdaten zu berechnen; und - eine Zeitreihen-Datenspeichereinheit, die ausgebildet ist zum Speichern von Zeitreihen-Daten über die N Speicherbatterien, einschließlich der Zeitreihen-Daten über die erfassten Ströme, der Zeitreihen-Daten über die erfassten Spannungen, der Zeitreihen-Daten über die elektrischen Größen und der Zeitreihen-Spannungsableitungsdaten.
Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit Folgendes aufweist: - eine OCV-Element-Funktionsbestimmungseinheit, die so ausgebildet ist, dass sie auf der Grundlage der von der Spannungsableitungsdaten-Berechnungseinheit berechneten Zeitreihen-Spannungsableitungsdaten einen Bereich detektiert, der eine charakteristische Spannungsänderung aus den Zeitreihen-Daten zu den detektierten Spannungen anzeigt, und zur Zuordnung eine OCV-Element-Funktion aus einer Vielzahl von Kandidaten der OCV-Element-Funktion auswählt, die zu dem Bereich passt; und - eine OCV-Modell-Funktionsbestimmungseinheit (positive/negative Elektrode), die ausgebildet ist zum: Bestimmen, zu welcher, der der positiven Elektrode oder der negativen Elektrode die der Region zugeordnete OCV-Element-Funktion gehört; Erzeugen einer Kombination von OCV-Element-Funktionen, die zu der positiven Elektrode oder der negativen Elektrode gehören; und, für jede Kombination, Erzeugen der OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode durch eine Summe von OCV-Elementfunktionen, die zu der positiven Elektrode gehören, und der OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode durch eine Summe von OCV-Elementfunktionen, die zu der negativen Elektrode gehören.
Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 4, wobei die mehreren Kandidaten der OCV-Elementfunktionen mindestens eine logistische Funktion, eine hyperbolische Tangensfunktion oder eine kumulative Verteilungsfunktion einer Cauchy-Verteilung enthalten.
Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Speicherbatterie-Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit Folgendes aufweist: - eine Optimierungsproblem-Bestimmungseinheit, die so ausgebildet ist, dass sie ein zu lösendes Optimierungsproblem bestimmt, indem sie die Speicherbatterie-Modellfunktion, die Gruppe der Schätzparameter der Speicherbatterie-Modellfunktion und die Bewertungsfunktion auf der Grundlage der in der Datenspeichereinheit gespeicherten Zeitreihen-Daten erzeugt; eine Schätzungs-Berechnungseinheit (402), die so ausgebildet ist, dass sie für jede durch die OCV-Modell-Funktionsbestimmungseinheit (positive/negative Elektrode) erzeugte Kombination solche Werte der Gruppe von Schätzparametern berechnet, dass der Wert der durch die Optimierungsproblem-Bestimmungseinheit erzeugten Bewertungsfunktion minimiert wird, und die Werte der Gruppe von Schätzparametern sowie Werte der Speicherbatterie-Modellfunktion und der Bewertungsfunktion dann ausgibt, wenn die Gruppe von Schätzparametern verwendet wird; und - eine Bestimmungseinheit, die so ausgebildet ist, dass sie wiederholt eine Verarbeitung des Vergleichs des Wertes der von der Schätzungs-Berechnungseinheit ausgegebenen Bewertungsfunktion mit einem Wert einer Bewertungsfunktion L durchführt, der zuvor berechnet und als ein Minimalwert gespeichert wird, und einen kleineren Wert der Bewertungsfunktion und entsprechende Werte der Gruppe von Schätzungsparametern speichert, um dadurch als optimale Gruppe von Schätzungsparametern eine Gruppe von Schätzungsparametern auszugeben, die einem definitiven Mindestwert der Bewertungsfunktion entspricht, oder die Gruppe von Schätzungsparametern dann auszugeben, wenn der Wert der von der Schätzungs-Berechnungseinheit ausgegebenen Bewertungsfunktion kleiner als ein vorab festgelegter Schwellenwert ist.
Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Datenspeichereinheit so ausgebildet ist, dass sie N+M Stücke von Zeitreihen-Daten speichert, die Folgendes aufweisen: N Zeitreihen-Daten über die N Speicherbatterien; und M Zeitreihen-Daten über M Speicherbatterien, die in der Vergangenheit gespeichert worden sind und die sich auf die erfassten Ströme, die erfassten Spannungen und die elektrischen Größen beziehen, und wobei die Positiv/Negativ-Elektroden-OCV-Modell-Funktionserzeugungseinheit und die Speicherbatterie Modell-Funktions-Parameter-Gruppenschätzungseinheit so ausgebildet sind, dass sie die N+M-Stücke der Zeitreihen-Daten anstelle der Zeitreihen-Daten verwenden.
Speicherbatterie-Steuerungssystem (200), das Folgendes aufweist: - eine Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und - eine Steuerung, die so ausgebildet ist, dass sie die von der Speicherbatterie-Diagnoseeinrichtung ausgegebene Gruppe von Schätzparametern der N Speicherbatterie-Modellfunktionen verwendet, um Steuersignale für die N Speicherbatterien zu erzeugen, und die Steuersignale an einen Leistungswandler ausgibt, der so ausgebildet ist, dass er die N Speicherbatterien steuert.
Speicherbatterie-Diagnoseverfahren, das die folgenden Schritte aufweist: - Erfassen von Spannungen zwischen den Anschlüssen der jeweiligen N Speicherbatterien als N erfasste Spannungen, wobei N gleich oder größer als 2 ist; - Speichern von Zeitreihen-Daten über die N Speicherbatterien, einschließlich Zeitreihen-Daten über die erfassten Spannungen in einem Speicher; - Erhalten von OCV-Elementfunktionen, die zu den Zeitreihen-Daten über die in dem Speicher gespeicherten erfassten Spannungen passen, um dadurch jeweils eine OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode und eine OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode zu erzeugen, die den N Speicherbatterien durch eine Summe der OCV-Elementfunktionen entsprechen; und - basierend auf der OCV-Modellfunktion für die positive Elektrode und der OCV-Modellfunktion für die negative Elektrode, Erzeugen einer Speicherbatterie-Modellfunktion, die jeder der N Speicherbatterien entspricht, und Erzeugen einer Bewertungsfunktion, die einen Fehler zwischen den in dem Speicher gespeicherten Zeitreihen-Daten und den Zeitreihen-Daten auf einem unter Verwendung der Speicherbatterie-Modellfunktion berechneten Schätzwert anzeigt, um dadurch eine solche Gruppe von Schätzparametern der N Speicherbatterie-Modellfunktionen, die den jeweiligen N Speicherbatterien entsprechen, zu berechnen, dass der Wert der Bewertungsfunktion minimiert wird, wobei die Gruppe von Schätzparametern der N Speicherbatterie-Modellfunktionen, die in dem Schritt der Berechnung einer solchen Gruppe von Schätzparametern zu berechnen sind, beinhaltet: - mindestens einen aus einer Gruppe von Parametern der OCV-Modellfunktion der positiven Elektrode oder einer Gruppe von Parametern der OCV-Modellfunktion der negativen Elektrode, die unter den N Speicherbatterien gleich sind; und - mindestens einen aus einer Gruppe von Kapazitätsparametern einschließlich einer positiven Elektrodenkapazitäts-Retentionsrate, einer negativen Elektrodenkapazitäts-Retentionsrate oder eines SOC-Verschiebungsbetrags zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, die sich bei den N Speicherbatterien unterscheiden.