DE112020004683T5

DE112020004683T5 - Schätzungsvorrichtung, Schätzungsverfahren und Computerprogramm

Info

Publication number: DE112020004683T5
Application number: DE112020004683.4T
Authority: DE
Inventors: Ryosuke Takehana; Nan UKUMORI
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2022-06-30
Also published as: CN114467212A; US20220373608A1; WO2021066008A1; US12000904B2

Abstract

Eine Schätzungsvorrichtung 4 umfasst: eine Aufnahmeeinheit 41, die Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung erfasst; eine Bestimmungseinheit 41, die einen Schwankungsbereich des SOC in den Zeitreihendaten und einen repräsentativen Wert des SOC bestimmt, der einen SOC-Bereich in dem Schwankungsbereich darstellt; und eine Schätzungseinheit 41, die eine Formveränderung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten Schwankungsbereichs und des bestimmten repräsentativen Werts schätzt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schätzungsvorrichtung, ein Schätzungsverfahren und ein Computerprogramm zur Schätzung einer Formveränderung einer Energiespeichervorrichtung oder einer Verschlechterung der Energiespeichervorrichtung.
HINTERGRUND
Es wird eine Energiespeichervorrichtung verwendet, die in der Lage ist, elektrische Energie zu speichern und bei Bedarf Energie als Energiequelle zu liefern. Die Energiespeichervorrichtung wird für tragbare Geräte, eine Stromversorgungseinrichtung, Transportmittel, die Kraftfahrzeuge und Eisenbahnen umfassen, Industrieanlagen, die die Luft- und Raumfahrt und das Bauwesen umfassen, und dergleichen verwendet.
Eine Energiespeichervorrichtung (im Folgenden auch als Batterie bezeichnet) wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verschlechtert sich allmählich durch wiederholtes Laden und Entladen. Eines der Phänomene, die mit dieser Verschlechterung einhergehen, ist eine Zunahme der Dicke eines Gehäuses, in dem ein Element untergebracht ist, aufgrund einer Zunahme des Innendrucks durch Gasbildung im Inneren der Batterie, Ausdehnung der Elektrodenanordnung oder Ähnliches.
Ein Batteriemodul wird häufig durch Reihenschaltung einer Vielzahl von Batterien gebildet und auf einem Gerät montiert. Es ist wichtig, ein optimales Batteriemodul unter Berücksichtigung der Dickenvergrößerung des Gehäuses unter dem Gesichtspunkt der Kosten und der Batterieleistung zu entwerfen, und es ist auch wichtig, ein Gerät zu entwerfen, auf dem das Batteriemodul montiert ist. Es ist notwendig, die Formveränderung der Batterie genau vorherzusagen, um das Batteriemodul so zu gestalten, dass die Leistung der Batterie maximiert wird, und die modellbasierte Entwicklung auf das Gerät anzuwenden, auf dem das Batteriemodul montiert ist.
Patentdokument 1 offenbart eine Steuervorrichtung für eine Sekundärbatterie, die einen Zustand einer Sekundärbatterie als Historie speichert, einen Koeffizienten, der mit einer Gaserzeugungsmenge in einem Gehäuse korreliert ist, auf Grundlage der gespeicherten Historie erfasst und einen Verschlechterungsbetrag der Sekundärbatterie aus dem erfassten Koeffizienten und der Historie berechnet.
Es ist wichtig, einen Gesundheitszustand (SOH: Kapazitätserhaltungsverhältnis, Widerstandswert usw.) einer Batterie einfach und genau abzuschätzen, um die Verfügbarkeit und ein Nutzungsverfahren der Batterie zu bestimmen.
Es wurden viele Techniken zur Schätzung des SOH einer Batterie entwickelt. Auf der Grundlage von Daten aus der Vergangenheit werden Verfahren mit hoher Genauigkeit, die jedoch eine lange Schätzzeit und hohe Kosten erfordern, einfache Verfahren mit geringer Schätzgenauigkeit usw. verwendet.
In dem Verschleißdiagnoseverfahren des Patentdokuments 2 wird eine Dicke W zum Zeitpunkt des Ladens und Entladens der Sekundärbatterie gemessen, eine Dickencharakteristik, die als Beziehung zwischen einer Dicke W und einer Spannung V (oder einer Ladungsmenge Q) dargestellt wird, wird erfasst, und eine Spannung VW (oder QW), die eine Spannung (oder eine Ladungsmenge) ist, bei der die Dicke W zuzunehmen beginnt, wird als Merkmalsbetrag berechnet. Der Merkmalsbetrag wird mit der Verschleißcharakteristik der Spannung VW (oder QW) verglichen, um den Kapazitätsverfall der Sekundärbatterie zu diagnostizieren.
DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: JP-A-2016-93066
Patentschrift 2: JP-A-2015-60761

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
In dem herkömmlichen Verfahren wie dem Patentdokument 1 ist die Genauigkeit der Schätzung des Dickenzunahmebetrags der Batterie unzureichend. Es ist erwünscht, die Schätzungsgenauigkeit zu verbessern, was einen Fall umfasst, in dem ein Schwankungsmuster eines Ladezustands (SOC) kompliziert ist.
Bei dem Verschleißdiagnoseverfahren des Patentdokuments 2 wird die Benutzung der Batterie unterbrochen, um die Dicke W der Batterie zu erhalten, und der Verschleiß kann nicht zu jedem Zeitpunkt während der Benutzung der Batterie geschätzt werden. Es ist erwünscht, die Schätzungsgenauigkeit des Verschleißes zu verbessern, was einen Fall umfasst, in dem das Schwankungsmuster des SOC kompliziert ist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Schätzungsvorrichtung, ein Schätzungsverfahren und ein Computerprogramm zum Schätzen einer Formveränderung einer Energiespeichervorrichtung bereit.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Schätzungsvorrichtung, ein Schätzungsverfahren und ein Computerprogramm zur Schätzung eines Verschleißes einer Energiespeichervorrichtung bereit.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Eine Schätzungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Aufnahmeeinheit, die Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung erfasst; eine Bestimmungseinheit, die einen Schwankungsbereich des SOC in den Zeitreihendaten und einen SOC-Repräsentativwert bestimmt, der einen SOC-Bereich in dem Schwankungsbereich darstellt; und eine Schätzungseinheit, die eine Formveränderung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten Schwankungsbereichs und des bestimmten SOC-Repräsentativwerts schätzt.
Ein Schätzungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: Erfassen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; Bestimmen eines Schwankungsbereichs des SOC in den Zeitreihendaten und eines repräsentativen Werts des SOC, der einen SOC-Bereich in dem Schwankungsbereich darstellt; und Schätzen einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten Schwankungsbereichs und des bestimmten repräsentativen Werts.
Ein Computerprogramm gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung veranlasst einen Computer, die folgenden Verarbeitungen auszuführen: Erfassen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; Bestimmen eines Schwankungsbereichs des SOC in den Zeitreihendaten und eines repräsentativen Werts des SOC, der einen SOC-Bereich in dem Schwankungsbereich darstellt; und Abschätzen einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten Schwankungsbereichs und des bestimmten repräsentativen Werts.
Eine Schätzungsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: eine erste Aufnahmeeinheit, die Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung erfasst; eine zweite Aufnahmeeinheit, die eine Formveränderung der Energiespeichervorrichtung erfasst; eine Bestimmungseinheit, die einen repräsentativen Wert des SOC in einer vorbestimmten Periode der Zeitreihendaten und einen SOC-Schwankungsbetrag bestimmt; und eine Schätzungsvorrichtung, die den Verschleiß der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten repräsentativen Werts, des bestimmten SOC-Schwankungsbetrags und der erfassten Formveränderung schätzt.
Ein Schätzungsverfahren gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: Erfassen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; Erfassen einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung; Bestimmen eines repräsentativen Wertes des SOC in einem vorbestimmten Zeitraum der Zeitreihendaten und eines SOC-Schwankungswertes; und Schätzen des Verschleißes der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten repräsentativen Wertes, des bestimmten SOC-Schwankungswertes und der erfassten Formveränderung.
Ein Computerprogramm gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung veranlasst einen Computer, die folgenden Verarbeitungen auszuführen: Erfassen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; Erfassen einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung; Bestimmen eines SOC-Repräsentativwerts in einem vorbestimmten Zeitraum der Zeitreihendaten und eines SOC-Schwankungsbetrags; und Abschätzen des Verschleißes der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten Repräsentativwerts, des bestimmten SOC-Schwankungsbetrags und der erfassten Formveränderung.
VORTEILE DER ERFINDUNG
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Verschleiß der Energiespeichervorrichtung genau zu schätzen. In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Verschleiß der Energiespeichervorrichtung genau zu schätzen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung eines Dickenzunahmebetrages zeigt.
2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeit und dem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn ΔSOC 25% beträgt, der Lade-Entladestrom gleich ist und der mittlere SOC auf 37,5%, 62,5% oder 87,5% geändert wird.
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeit und dem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn der zeitliche Dickenzunahmebetrag von dem gesamten Dickenzunahmebetrag in 2 abgezogen wird.
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem gesamten SOC und dem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn der mittlere SOC 60% beträgt, der Lade-Entladestrom gleich ist und der ΔSOC auf 10% und 80% geändert wird.
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem gesamten SOC und dem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn ein zeitlicher Dickenzunahmebetrag von dem gesamten Dickenzunahmebetrag in 4 abgezogen wird.
6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Gesamt-SOC und einem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn ein mittlerer SOC und ΔSOC gleich sind und die Temperatur 25°C und 45°C beträgt.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Lade-Entlade-Systems und eines Servers gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls.
9 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer BMU zeigt.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung eines Dickenzunahmebetrages durch eine Steuereinheit zeigt.
11 ist ein Diagramm, das Schwankungsdaten eines SOC zeigt.
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine erste Ausdehnungskoeffiziententabelle zeigt.
13 ist ein erklärendes Diagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des ΔSOC und des mittleren SOC aus einem Startpunkt der Ladung und Entladung der Fluktuationsdaten des SOC.
14 ist ein erklärendes Diagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des ΔSOC und des mittleren SOC durch Zählen jedes Mal, wenn der SOC einen Schwellwert vom Startpunkt aus erreicht, basierend auf den Fluktuationsdaten des SOC.
15 ist ein Diagramm mit Fluktuationsdaten des SOC.
16 ist ein erklärendes Diagramm eines Verfahrens zur Berechnung einer Standardabweichung und eines Durchschnittswerts des SOC.
17 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Standardabweichung, dem durchschnittlichen SOC und dem ersten Ausdehnungskoeffizienten zeigt, der in der ersten Ausdehnungskoeffiziententabelle gespeichert ist.
18 ist ein erklärendes Diagramm eines Verfahrens zur Berechnung des Dickenzunahmebetrages auf Grundlage des ermittelten ersten Ausdehnungskoeffizienten und der Zeit.
19 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Zeit und dem SOC zeigt, wenn der SOC um Δ 0,5%, Δ 1,5%, Δ 5%, Δ 20% und Δ 30% variiert wird.
20 ist ein Diagramm, das durch Fourier-Transformation der Wellenform aus 19 und Zerlegung der Wellenform in Wellenformkomponenten in einer Vielzahl von Frequenzbereichen erhalten wurde.
21 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Amplitudenspektrum, einer Frequenz und dem ersten Ausdehnungskoeffizienten zeigt.
22 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Zeit und einem Dickenzunahmebetrag zeigt.
23 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Ermittlung einer Beziehung zwischen einem Gesamt-SOC und einem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn der ΔSOC gleich und der mittlere SOC unterschiedlich ist.
24 ist ein Diagramm, das das Ergebnis der Ermittlung einer Beziehung zwischen dem gesamten SOC und dem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn der mittlere SOC gleich und der ΔSOC unterschiedlich ist.
25 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Berechnung einer Beziehung zwischen der Zeit und dem Dickenzunahmebetrag aufweist, wenn das Laden und Entladen in kurzer Zeit wiederholt wird und der ΔSOC und der mittlere SOC komplizierte Schwankungsmuster aufweisen, die sich voneinander unterscheiden.
26 ist ein Diagramm, das das Ergebnis der Ermittlung einer Beziehung zwischen der Zeit und dem Dickenzunahmebetrag im Falle eines komplizierten Schwankungsmusters zeigt.
27 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsvorgang zeigt, wenn die Steuereinheit die verbleibende Lebensdauer des Batteriemoduls vorhersagt.
28 ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls 3 gemäß einer dritten Ausführungsform.
29 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung eines Presskraftzunahmebetrags durch die Steuereinheit zeigt.
30 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Informationsverarbeitungssystems gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
31 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung eines Dickenzunahmebetrags durch eine Steuereinheit und ein Verfahren zur Entwurfsverarbeitung des Batteriemoduls durch eine Steuereinheit zeigt.
32 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Informationsverarbeitungssystems gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
33 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung des Dickenzunahmebetrags und zur Entwurfsverarbeitung des Batteriemoduls durch die Steuereinheit zeigt.
34 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Dickenzunahmebetrag und einer Kapazitätsabnahmerate zeigt, wenn die Batterie stehen gelassen wird, während der durchschnittliche SOC und die Temperatur der Batterie geändert werden.
35 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Dickenzunahmebetrag und einer Kapazitätsabnahmerate zeigt, wenn ein Lade-Entlade-Zyklustest durchgeführt wird, während der durchschnittliche SOC und die Temperatur geändert werden.
36 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Dickenzunahmebetrag und einer Kapazitätsabnahmerate zeigt, wenn ein Lade-Entlade-Zyklustest durchgeführt wird, während ein SOC-Schwankungsbetrag pro Zeiteinheit geändert wird.
37 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Lade-Entlade-Systems und des Servers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
38 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der BMU zeigt.
39 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Dickenzunahmebetrag und einer gemessenen Kapazitätsabnahmerate zeigt.
40 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Ermittlung einer Beziehung zwischen einem SOC-Schwankungsbetrag und einem Koeffizienten k für jeden durchschnittlichen SOC für jede Temperatur zeigt.
41 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung der Kapazitätsabnahmerate durch die Steuereinheit zeigt.
42 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Zeit und dem SOC in einem vorbestimmten Zeitraum und eine Beziehung zwischen der Zeit und der Temperatur zeigt.
43 ist eine Frequenzkarte des SOC.
44 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer verstrichenen Zeit und einer Kapazitätsabnahmerate zeigt.

AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
(Überblick über einen Aspekt)
Eine Schätzvorrichtung umfasst: eine Aufnahmeeinheit, die Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung erfasst; eine Bestimmungseinheit, die einen Fluktuationsbereich des SOC in den Zeitreihendaten und einen SOC-Repräsentativwert bestimmt, der einen SOC-Bereich in dem Schwankungsbereich repräsentiert; und eine Schätzeinheit, die eine Formveränderung der Energiespeichervorrichtung basierend auf dem bestimmten Schwankungsbereich und dem bestimmten SOC-Repräsentativwert schätzt.
Die gegenwärtigen Erfinder haben herausgefunden, dass, selbst wenn der Schwankungsbereich des SOC gleich ist, wenn der SOC-Repräsentativwert, der den SOC-Bereich im Schwankungsbereich repräsentiert, beispielsweise der SOC in der Mitte, unterschiedlich ist, der Dickenzunahmebetrag der Energiespeichervorrichtung sehr unterschiedlich ist. Die gegenwärtigen Erfinder haben herausgefunden, dass selbst wenn der SOC-Repräsentativwert derselbe ist, wenn der Schwankungsbereich des SOC unterschiedlich ist, der Dickenzunahmebetrag der Energiespeichervorrichtung sehr unterschiedlich ist. Des Weiteren haben die anwesenden Erfinder festgestellt, dass, selbst wenn der Schwankungswert und der SOC-Repräsentativwert gleich sind, wenn die Temperatur der Energiespeichervorrichtung unterschiedlich ist, der Dickenzunahmebetrag der Energiespeichervorrichtung unterschiedlich ist. Die gegenwärtigen Erfinder haben herausgefunden, dass es bei der Schätzung der Formveränderung der Energiespeichervorrichtung notwendig ist, Pfadinformationen (SOC-Nutzungsbereich) eines SOC, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, und einen repräsentativen Temperaturwert in einer Periode des Pfades zu berücksichtigen. Beispiele für den SOC-Repräsentativwert umfassen einen durchschnittlichen SOC, einen Modus, einen Minimalwert und einen Maximalwert zusätzlich zum Mittelwert des SOC im Zeitraum des Pfades. Beispiele für den für die Temperatur repräsentativen Wert umfassen einen Durchschnittswert, einen Modalwert, einen Medianwert und dergleichen für den Abschnitt des Schwankungsbereichs.
Wenn der für die Temperatur repräsentative Wert der Energiespeichervorrichtung anhand des Lastmusters (Nutzungsmusters) o. Ä. der Energiespeichervorrichtung als konstant eingeschätzt wird, kann die Temperatur als repräsentativer Temperaturwert festgelegt werden.
Hier bezieht sich die Formveränderung auf einen Verschiebungsbetrag, wie beispielsweise das Aufquellen einer Elektrodenanordnung oder eines Elements, einen Verschiebungsbetrag eines Gehäuses (das entweder ein abgedichteter oder ein offener Typ sein kann), das die Elektrodenanordnung oder das Element aufnimmt, eine Änderung der nach außen gerichteten Spreizkraft (Reaktionskraft), eine Änderung des auf wenigstens eine Oberfläche der Energiespeichervorrichtung ausgeübten Drucks oder eine Kombination davon.
Beispiele für das Gehäuse umfassen ein prismatisches Gehäuse, ein zylindrisches Gehäuse und eine Taschenlaminatfolie.
Die Formveränderung kann in jedem der Zustände geschätzt werden, in denen die Energiespeichervorrichtung vollständig eingespannt ist, im freien Zustand und im Zwischenzustand.
Da die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des ermittelten Schwankungsbereichs und des ermittelten SOC-Repräsentativwerts geschätzt wird, d. h. die Formveränderung wird unter Berücksichtigung des SOC-Nutzungsbereichs geschätzt, ist die Schätzungsgenauigkeit gut und umfasst auch den Fall, in dem das Schwankungsmuster des SOC kompliziert ist.
Da die Formveränderung der Batterie genau geschätzt werden kann, kann ein geeignetes Batteriemodul entworfen werden.
Beispiele für das Verfahren zur Bestimmung des SOC-Repräsentativwerts und dergleichen umfassen die folgenden vier Beispiele. Die Indizes (Einstellung des Abschnitts zur Schätzung der Formveränderung, Schwellenwert und dergleichen) sind unterschiedlich, um die Schätzungsgenauigkeit zu erhöhen, und ein Schätzungsverfahren kann selektiv entsprechend der Indizes verwendet werden.
In der oben beschriebenen Schätzungsvorrichtung kann die Bestimmungseinheit als erstes Schätzungsverfahren einen Ladestartpunkt und einen Entladestartpunkt auf Grundlage der Zeitreihendaten erfassen; und den Schwankungsbereich und den SOC-Repräsentativwert auf Grundlage des erfassten Ladestartpunkts und des erfassten Entladestartpunkts bestimmen.
Bei dem ersten Bestimmungsverfahren ist es nicht erforderlich, den Abschnitt und den Schwellenwert festzulegen.
Gemäß der obigen Konfiguration können der Schwankungsbereich und der repräsentative Wert des SOC zum Zeitpunkt des Lade- und Entladebeginns einfach bestimmt werden. Selbst bei unregelmäßigen Lade- und Entladevorgängen und komplizierten Schwankungen des SOC können der Schwankungsbereich und der repräsentative Wert zufriedenstellend bestimmt werden.
In der oben beschriebenen Schätzungsvorrichtung kann die Bestimmungseinheit als zweites Bestimmungsverfahren auf Grundlage der Zeitreihendaten einen Schwankungsbereich und einen SOC-Repräsentativwert jedes Mal berechnen, wenn ein SOC von einem Startpunkt aus einen Schwellenwert erreicht; und einen Schwankungsbereich und einen SOC-Repräsentativwert bestimmen, die von dem Startpunkt bis zu einem Berechnungszeitpunkt berechnet werden.
Im zweiten Bestimmungsverfahren ist es notwendig, den Schwellwert festzulegen.
Gemäß der obigen Konfiguration kann jedes Mal, wenn der SOC den Schwellwert vom Startpunkt aus erreicht, der Schwankungsbereich des SOC einfach durch Aufsummieren bestimmt werden, und der SOC-Repräsentativwert im bestimmten Schwankungsbereich wird ermittelt. Auch bei unregelmäßigen Lade- und Entladevorgängen und komplizierten Schwankungen des SOC können der Schwankungsbereich und der SOC-Repräsentativwert zufriedenstellend bestimmt werden.
In der oben beschriebenen Schätzungsvorrichtung kann die Bestimmungseinheit als drittes Bestimmungsverfahren eine Standardabweichung und einen Durchschnittswert eines SOC auf Grundlage der Zeitreihendaten berechnen und die berechnete Standardabweichung und den Durchschnittswert als den Schwankungsbereich und den SOC-Repräsentativwert bestimmen.
Bei dem dritten Bestimmungsverfahren ist es notwendig, einen Abschnitt festzulegen.
Gemäß der obigen Konfiguration können der Schwankungsbereich und der repräsentative Wert durch statistische Verarbeitung leicht bestimmt werden. Selbst bei unregelmäßigen Lade- und Entladevorgängen und komplizierten Schwankungen des SOC können der Schwankungsbereich und der SOC-Repräsentativwert zufriedenstellend bestimmt werden.
In der oben beschriebenen Schätzungsvorrichtung kann die Bestimmungseinheit als viertes Bestimmungsverfahren eine Wellenformkomponente der Schwankung des SOC in den Zeitreihendaten in eine Frequenzkomponente umwandeln und eine Amplitude der umgewandelten Frequenzkomponente als den Schwankungsbereich und eine Frequenz als einen Schwankungsbetrag des SOC bestimmen.
Im vierten Bestimmungsverfahren ist es notwendig, einen Abschnitt festzulegen. Hier ist der Schwankungsbetrag des SOC ein integrierter SOC-Schwankungsbetrag und entspricht der Anzahl der Zyklen.
Da die Wellenform der Schwankung des SOC in die Frequenzkomponente umgewandelt wird, kann gemäß der obigen Konfiguration sowohl eine Wellenform, die eine große Schwankung, aber eine lange Periode (Schwankungszeit) aufweist, als auch eine Wellenform, die eine kleine Schwankung, aber eine kurze Periode aufweist, erkannt werden. Die Wellenformkomponente mit großer Schwankung und langer Periode weist eine große Intensität (spektrale Intensität, Amplitudenspektrum im Falle der Fourier-Transformation) und eine niedrige Frequenz auf. Die Wellenform, die eine kleine Schwankung, aber eine kurze Periode aufweist, ist eine Wellenformkomponente mit geringer Intensität und hoher Frequenz. Wenn der Zyklus sehr lang ist, ist die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung gering, auch wenn die Schwankung groß ist. Wenn der Zyklus sehr kurz ist, ist die Formveränderung groß, auch wenn die Schwankung klein ist. Obwohl die Wellenform der Fluktuation des SOC je nach den Eigenschaften der Energiespeichervorrichtung und der Art der Nutzung durch den Benutzer variiert, kann gemäß der obigen Konfiguration jede Wellenform erfasst werden, um die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung zufriedenstellend zu schätzen.
Die Schätzeinheit kann einen Ausdehnungskoeffizienten auf Grundlage des ermittelten Schwankungsbereichs und des ermittelten SOC-Repräsentativwerts unter Bezugnahme auf eine Beziehung zwischen einem Schwankungsbereich, einem SOC-Repräsentativwert und einem Ausdehnungskoeffizienten bestimmen und die Formveränderung auf Grundlage des ermittelten Ausdehnungskoeffizienten und eines Schwankungsbetrags eines SOC oder der Zeit schätzen.
Gemäß der obigen Konfiguration wird der Ausdehnungskoeffizient auf Grundlage des ermittelten Schwankungsbereichs und des ermittelten SOC-Repräsentativwerts unter Bezugnahme auf die Beziehung zwischen dem Schwankungsbereich, dem SOC-Repräsentativwert und dem Ausdehnungskoeffizienten, die im Voraus durch ein Experiment oder ähnliches erhalten wurde, bestimmt, und die Formveränderung wird geschätzt, so dass die Schätzungsgenauigkeit gut ist.
Die Schätzungseinheit kann eine Formveränderung der Energiespeichervorrichtung zum Zeitpunkt der Energetisierung auf Grundlage des Schwankungsbereichs und des SOC-Repräsentativwerts berechnen und eine Formveränderung durch Addieren einer zeitlichen Formveränderung der Energiespeichervorrichtung zu der berechneten Formveränderung schätzen.
Gemäß der obigen Konfiguration ist es möglich, die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung unter Berücksichtigung der zeitlichen Formveränderung zum Zeitpunkt der Nicht-Energetisierung genau zu schätzen. Beispielsweise wird die zeitliche Formveränderung zur Formveränderung zum Zeitpunkt der Energetisierung addiert. Des Weiteren kann zum Zeitpunkt der Energetisierung nur die Formveränderung zum Zeitpunkt der Energetisierung und zum Zeitpunkt der Pause nur die zeitliche Formveränderung geschätzt werden.
Die oben beschriebene Schätzungsvorrichtung kann des Weiteren eine Vorhersageeinheit umfassen, die eine verbleibende Lebensdauer der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage einer von der Schätzungseinheit geschätzten Formveränderung vorhersagt.
Gemäß der obigen Konfiguration kann in dem Diagramm der Formveränderung die verbleibende Lebensdauer vorhergesagt werden, wobei der Zeitpunkt, zu dem die Formveränderung den Schwellwert überschreitet, als Lebensdauer gilt.
Die Formveränderung kann Informationen über den Druck umfassen, der auf wenigstens eine Oberfläche der Energiespeichervorrichtung einwirkt.
Gemäß der obigen Ausgestaltung kann die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung anhand der Druckveränderung abgeschätzt werden. Zum Beispiel kann das Batteriemodul vorteilhaft gestaltet werden, indem die Druckkraft der Endplatte geschätzt wird, die die Vielzahl der in Reihe geschalteten Energiespeichervorrichtungen einschließt. Wenn die Energiespeichervorrichtung nicht eingespannt ist, kann eine Änderung der Reaktionskraft und eine Änderung des auf eine Oberfläche ausgeübten Drucks als Formveränderung definiert werden.
Die Aufnahmeeinheit kann eine Temperatur der Energiespeichervorrichtung in einem Abschnitt erfassen, der dem SOC-Bereich entspricht, die Bestimmungseinheit kann einen repräsentativen Temperaturwert bestimmen, der die Temperatur des Abschnitts repräsentiert, und die Schätzungseinheit kann die Formveränderung auf Grundlage des repräsentativen Temperaturwerts schätzen.
Wie oben beschrieben, ist, selbst wenn der Schwankungswert des SOC und der SOC-Repräsentativwert gleich sind, bei unterschiedlicher Temperatur der Energiespeichervorrichtung der Dickenzunahmebetrag der Energiespeichervorrichtung unterschiedlich.
Gemäß der obigen Konfiguration ist es möglich, die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung unter Berücksichtigung des repräsentativen Temperaturwerts der Energiespeichervorrichtung zufriedenstellend abzuschätzen.
Ein Schätzungsverfahren umfasst: Erfassen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; Bestimmen eines Schwankungsbereichs des SOC in den Zeitreihendaten und eines SOC-Repräsentativwerts, der einen SOC-Bereich in dem Schwankungsbereich darstellt; und Schätzen einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten Schwankungsbereichs und des bestimmten Repräsentativwerts.
Gemäß der obigen Konfiguration, da die Schätzung unter Berücksichtigung des SOC-Nutzungsbereichs der Energiespeichervorrichtung durchgeführt wird, ist die Schätzungsgenauigkeit gut und umfasst auch den Fall, in dem das Schwankungsmuster des SOC kompliziert ist.
Ein Computerprogramm veranlasst einen Computer, die folgenden Verarbeitungen auszuführen: Erfassen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; Bestimmen eines Schwankungsbereichs des SOC in den Zeitreihendaten und eines repräsentativen Werts des SOC, der einen SOC-Bereich in dem Schwankungsbereich darstellt; und Abschätzen einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten Schwankungsbereichs und des bestimmten repräsentativen Werts.
Gemäß der obigen Konfiguration ist die Schätzungsgenauigkeit gut, einschließlich des Falles, in dem das Schwankungsmuster des SOC kompliziert ist, da die Schätzung unter Berücksichtigung des Nutzungsbereichs des SOC der Energiespeichervorrichtung durchgeführt wird.
Ein Computerprogramm veranlasst einen Computer zum Ausführen einer Verarbeitung von: Schätzen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; Bestimmen eines Schwankungsbereichs des SOC in den geschätzten Zeitreihendaten und eines repräsentativen Werts des SOC, der einen SOC-Bereich in dem Schwankungsbereich repräsentiert; und Schätzen einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung basierend auf dem bestimmten Schwankungsbereich und dem bestimmten repräsentativen Wert.
Gemäß der obigen Konfiguration kann durch Bestimmen des Schwankungsbereichs des SOC und des SOC-Repräsentativwerts auf Grundlage der Zeitreihendaten, die das Verfahren zur Verwendung der Energiespeichervorrichtung voraussetzen, die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung vorhergesagt werden, wenn der vorbestimmte Zeitraum abläuft.
Das oben beschriebene Computerprogramm kann einen Computer veranlassen, eine Verarbeitung zur Auslegung der Energiespeichervorrichtung basierend auf der geschätzten Formveränderung auszuführen.
Gemäß der obigen Konfiguration wird die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne vorhergesagt, und die Form eines Abstandshalters, der zwischen der Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen angeordnet ist, das Anordnungsintervall, die Druckkraft der Endplatte, die die Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen sandwichartig einschließt, und dergleichen können vorteilhaft gestaltet werden. Daher kann die Leistung der Energiespeichervorrichtung maximiert, die übermäßige Vergrößerung des Batteriemoduls vermieden und die Kosten reduziert werden.
Wie oben beschrieben, kann ein Algorithmus, in dem eine C-Rate (Lade-Entlade-Rate, relatives Verhältnis eines Lade-Entlade-Stromwerts (A) zu einer Batteriekapazität (Ah) zum Zeitpunkt des Ladens/Entladens der Batterie, beispielsweise bezieht sich die Entlade-Rate 1C auf einen Stromwert, bei dem eine Batterie mit einer bestimmten Kapazität mit einem konstanten Strom entladen wird und die Entladung in einer Stunde endet) des Weiteren berücksichtigt wird, mit der in der Skizze eines Aspekts beschriebenen Schätzungstechnik kombiniert werden. Die Schätzung erfolgt unter Berücksichtigung eines weiteren dynamischen Parameters, der C-Rate, so dass die Schätzungsgenauigkeit verbessert werden kann.
(Skizze eines anderen Aspekts)
Eine Schätzvorrichtung umfasst: eine erste Aufnahmeeinheit, die Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung aufnimmt; eine zweite Aufnahmeeinheit, die eine Formveränderung der Energiespeichervorrichtung aufnimmt; eine Bestimmungseinheit, die einen SOC-Repräsentativwert in einer vorbestimmten Periode der Zeitreihendaten und einen SOC-Schwankungswert bestimmt; und eine Schätzungseinheit, die eine Verschlechterung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten Repräsentativwertes, des bestimmten SOC-Schwankungswertes und der aufgenommenen Formveränderung schätzt.
Hier bezieht sich der repräsentative Wert des SOC auf einen Durchschnittswert, einen Mittelwert, einen Modalwert, einen Minimalwert, einen Maximalwert oder dergleichen des SOC in einem vorbestimmten Zeitraum der Zeitreihendaten. Die Verschlechterung der Energiespeichervorrichtung kann durch Erfassen der Formveränderung in einem der Zustände, in denen die Energiespeichervorrichtung vollständig eingespannt ist, dem freien Zustand und dem Zwischenzustand, geschätzt werden.
Der SOC-Schwankungswert bezieht sich auf einen integrierten Wert (Gesamt-SOC) des Schwankungswerts des SOC und entspricht der Anzahl der Zyklen.
Die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung weist eine starke Korrelation mit der Kapazitätsveränderung der Energiespeichervorrichtung auf. Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass der Änderungsbetrag des SOH in Bezug auf den Dickenanstiegsbetrag in Abhängigkeit vom repräsentativen SOC variiert, wenn die Nutzung der Energiespeichervorrichtung eingestellt wird. Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass, wenn der Schwankungsbetrag des SOC während der Nutzung der Energiespeichervorrichtung gleich ist, der Änderungsbetrag des SOH in Abhängigkeit vom repräsentativen SOC variiert. Die vorliegenden Erfinder haben herausgefunden, dass bei gleichem repräsentativen SOC der Änderungsbetrag des SOH in Abhängigkeit vom SOC-Schwankungsbetrag variiert. Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass es notwendig ist, den SOC-Repräsentativwert und den SOC-Schwankungsbetrag, die Merkmalsbeträge der Zeitreihendaten des SOC sind, bei der Abschätzung der Verschlechterung der Energiespeichervorrichtung zu berücksichtigen.
Gemäß der obigen Konfiguration wird die Verschlechterung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des SOC-Repräsentativwerts und des SOC-Schwankungsbetrags, die Merkmalswerte der Zeitreihendaten des SOC sind, und der erfassten Formveränderung der Energiespeichervorrichtung geschätzt. Es ist möglich, die Verschlechterung zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Nutzung der Energiespeichervorrichtung einfach und genau zu schätzen, einschließlich des Falles, in dem das Schwankungsmuster des SOC kompliziert ist.
Die für die Schätzung erforderliche Information ist der Merkmalswert und die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung, und es ist nicht notwendig, eine große Messvorrichtung wie eine Lade-Entlade-Vorrichtung zu verwenden, und der Arbeitsaufwand und die Kosten können unterdrückt werden. Wenn das Lastmuster der Energiespeichervorrichtung im Wesentlichen im Voraus bestimmt wird, sind der mittlere SOC, der SOC-Schwankungsbetrag und die im Voraus angenommene Durchschnittstemperatur bekannt, so dass der SOH nur durch die Informationen über die Formveränderung während des Betriebs geschätzt werden kann. Der SOH kann aus den Informationen über den mittleren SOC, den SOC-Schwankungsbetrag und die Durchschnittstemperatur sowie aus den Informationen über die Formveränderung in dem Lastmuster, das die höchste Nutzungsfrequenz aufweist, geschätzt werden.
Da die Verschlechterung durch eine Formveränderung der Energiespeichervorrichtung geschätzt werden kann, kann die Verschlechterung der Energiespeichervorrichtung nur durch die Installation eines Sensors, der eine Dicke, einen Innendruck oder ähnliches erfasst, ständig überwacht werden, die Berechnung der Schätzung kann vereinfacht werden, und eine Verwaltungseinheit für die Batterie (BMU) kann vereinfacht werden.
Die Schätzungseinheit kann einen Koeffizienten auf Grundlage des ermittelten repräsentativen Werts und des ermittelten SOC-Schwankungsbetrags unter Bezugnahme auf eine Beziehung zwischen einem repräsentativen Wert, einem SOC-Schwankungsbetrag und einem Koeffizienten bestimmen und die Verschlechterung auf Grundlage des bestimmten Koeffizienten und der erfassten Formveränderung schätzen.
Gemäß der obigen Konfiguration wird die Verschlechterung durch Bestimmung des Koeffizienten auf Grundlage des ermittelten repräsentativen Wertes und des repräsentativen Wertes unter Bezugnahme auf die Beziehung zwischen dem repräsentativen Wert, dem SOC-Schwankungsbetrag und dem Koeffizienten geschätzt, so dass die Schätzungsgenauigkeit gut ist.
Die oben beschriebene Schätzungsvorrichtung kann des Weiteren eine dritte Aufnahmeeinheit umfassen, die eine Temperatur der Energiespeichervorrichtung im SOC-Bereich erfasst, die Bestimmungseinheit kann einen repräsentativen Temperaturwert auf Grundlage der erfassten Temperatur bestimmen, und die Schätzungsvorrichtung kann die Verschlechterung auf Grundlage des bestimmten repräsentativen Temperaturwertes schätzen.
Beispiele für den repräsentativen Temperaturwert umfassen einen Durchschnittswert, einen Moduswert, einen Medianwert und dergleichen für den Abschnitt des Schwankungsbereichs.
Wenn der repräsentative SOC und der SOC-Schwankungsbetrag gleich sind, variiert der Änderungsbetrag des SOH in Abhängigkeit von der Temperatur.
Gemäß der obigen Konfiguration kann, wenn der für die Temperatur repräsentative Wert wie die durchschnittliche Temperatur der Energiespeichervorrichtung nicht konstant ist, die durchschnittliche Temperatur auf Grundlage der erfassten Temperatur bestimmt werden, und die Verschlechterung der Energiespeichervorrichtung kann auf Grundlage der durchschnittlichen Temperatur genau geschätzt werden.
Ein Schätzungsverfahren umfasst: das Erfassen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; das Erfassen einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung; das Bestimmen eines repräsentativen Wertes eines SOC in einer vorbestimmten Periode der Zeitreihendaten und eines SOC-Schwankungsbetrages; und das Schätzen der Verschlechterung der Energiespeichervorrichtung basierend auf dem bestimmten repräsentativen Wert, dem bestimmten SOC-Schwankungsbetrag und der erfassten Formveränderung.
Gemäß der obigen Konfiguration wird die Verschlechterung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des repräsentativen Werts und des SOC-Schwankungsbetrags, die Merkmalsbeträge der Zeitreihendaten des SOC sind, und der erfassten Formveränderung der Energiespeichervorrichtung geschätzt. Es ist möglich, die Verschlechterung zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Nutzung der Energiespeichervorrichtung einfach und genau abzuschätzen, einschließlich des Falles, in dem das Schwankungsmuster des SOC kompliziert ist.
Ein Computerprogramm veranlasst einen Computer zum Ausführen einer Verarbeitung von: Erfassen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; Erfassen einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung; Bestimmen eines repräsentativen Wertes eines SOC in einer vorbestimmten Periode der Zeitreihendaten und eines SOC-Schwankungsbetrages; und Abschätzen eines Verschleißes der Energiespeichervorrichtung basierend auf dem bestimmten repräsentativen Wert, dem bestimmten SOC-Schwankungsbetrag und der erfassten Formveränderung.
Gemäß der obigen Konfiguration wird der Verschleiß der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des repräsentativen Werts und des SOC-Schwankungsbetrags, die Merkmalswerte der Zeitreihendaten des SOC sind, und der erfassten Formveränderung der Energiespeichervorrichtung geschätzt. Es ist möglich, den Verschleiß zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Nutzung der Energiespeichervorrichtung einfach und genau abzuschätzen, was auch den Fall umfasst, in dem das Schwankungsmuster des SOC kompliziert ist.
Wie oben beschrieben, kann ein Algorithmus, bei dem eine C-Rate des Weiteren berücksichtigt wird, mit der in der Skizze eines anderen Aspekts beschriebenen Schätzungstechnik kombiniert werden. Die Schätzung wird unter Berücksichtigung eines anderen dynamischen Parameters, der C-Rate, durchgeführt, so dass die Schätzungsgenauigkeit verbessert werden kann.
Figurenliste
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Schätzung einer Formveränderung einer Energiespeichervorrichtung näher beschrieben.

1 ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung der Dickenzunahme zeigt. Die horizontale Achse stellt die Zeit (Tag) dar, und die vertikale Achse stellt den Betrag der Dickenvergrößerung (%) dar. Der Dickenzunahmebetrag ergibt sich aus der Summe des Betrags der Dickenzunahme durch Energetisierung und des zeitlichen Betrags der Dickenzunahme zum Zeitpunkt der Nichterergetisierung. Die zeitliche Dickenzunahme wird durch eine Funktion der Zeit mit einem vorbestimmten Koeffizienten als Faktor dargestellt, und die Dickenzunahme aufgrund der Energetisierung wird durch eine Funktion der Zeit mit einem vorbestimmten Koeffizienten als Faktor oder einem Gesamt-SOC (Gesamtschwankungsbetrag des SOC) dargestellt.
2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeit und dem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn ΔSOC (SOC-Schwankungsbereich) 25% beträgt, der Lade-/Entladestrom gleich ist und der mittlere SOC auf 37,5% (o), 62,5% (Δ) oder 87,5% (□) geändert wird. Die horizontale Achse steht für die Zeit (Tag), die vertikale Achse für den Umfang der Dickenzunahme (%). Der Dickenzunahmebetrag ist die Summe der Dickenzunahme aufgrund der Energetisierung und der zeitlichen Dickenzunahme zum Zeitpunkt der Nicht-Energetisierung.
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeit und der Menge der Dickenzunahme zeigt, wenn die zeitliche Menge der Dickenzunahme von der Gesamtmenge der Dickenzunahme in 2 subtrahiert wird. Die horizontale Achse stellt die Zeit (Tag) dar, und die vertikale Achse den Dickenzunahmebetrag (%).
Aus den und geht hervor, dass sich der Dickenzunahmebetrag aufgrund der Energetisierung ändert, wenn der mittlere SOC unterschiedlich ist, auch wenn der ΔSOC gleich ist. Der Dickenzunahmebetrag aufgrund der Energetisierung nimmt mit der Größe des mittleren SOC zu.
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem gesamten SOC und dem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn der mittlere SOC 60% beträgt, der Lade-Entladestrom derselbe ist und der ΔSOC auf 10% (o) und 80% (Δ) geändert wird. Die horizontale Achse stellt den gesamten SOC (%) dar, die vertikale Achse den Dickenzunahmebetrag (%). Der Dickenzunahmebetrag ist die Summe des Dickenzunahmebetrags aufgrund der Energetisierung und des zeitlichen Dickenzunahmebetrags zum Zeitpunkt der Nicht-Energetisierung.
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeit und dem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn der zeitliche Dickenzunahmebetrag von dem Gesamtdickenzunahmebetrag aus 4 abgezogen wird. Die horizontale Achse stellt den gesamten SOC (%) dar, und die vertikale Achse den Dickenzunahmebetrag (%).

Wie aus den und ersichtlich ist, ändert sich der Dickenzunahmebetrag aufgrund der Energetisierung, wenn der Schwankungsbereich (ΔSOC) des SOC unterschiedlich ist, auch wenn der mittlere SOC gleich ist. Der Dickenzunahmebetrag aufgrund der Energetisierung nimmt mit der Schwankungsbreite des ΔSOC zu.
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Gesamt-SOC und dem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn der mittlere SOC und der ΔSOC gleich sind und die Temperatur der Energiespeichervorrichtung 25°C (o) und 45°C (Δ) beträgt. Die horizontale Achse stellt den gesamten SOC (%) dar, die vertikale Achse den Dickenzunahmebetrag (%). Der Dickenzunahmebetrag gibt den Dickenzunahmebetrag aufgrund der Energetisierung an, der sich aus der Subtraktion des zeitlichen Dickenzunahmebetrags vom Gesamtdickenzunahmebetrag ergibt.
Wie aus 6 ersichtlich, ändert sich der Dickenzunahmebetrag aufgrund der Energetisierung, wenn der mittlere SOC und der ΔSOC gleich sind, aber die Temperatur unterschiedlich ist. Der Dickenzunahmebetrag aufgrund der Energetisierung nimmt mit steigender Temperatur zu.
Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, dass der Dickenzunahmebetrag nicht nur unter Berücksichtigung des gesamten SOC oder der Zeit, sondern auch des ΔSOC, des mittleren SOC und der Temperatur geschätzt werden muss. Es wurde durch Experimente bestätigt, dass es einen Unterschied in der Geschwindigkeit der Dickenzunahme in Abhängigkeit vom Energetisierungsstrom gibt, wenn der Zyklustest im gleichen Schwankungsbereich des SOC durchgeführt wird, während der Lade-Entladestrom geändert wird. Das heißt, je nach Energetisierung muss ein Koeffizient korrigiert werden, um den Dickenzunahmebetrag zu erhalten.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben eine Schätzungsvorrichtung entwickelt, die die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des ΔSOC, des repräsentativen SOC des SOC-Bereichs im Schwankungsbereich und des temperaturrepräsentativen Werts schätzt. Beispiele für die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung umfassen einen Dickenzunahmebetrag, einen Druck, der auf wenigstens eine Oberfläche der Energiespeichervorrichtung ausgeübt wird, und dergleichen. Der Dickenzunahmebetrag bezieht sich auf einen Dickenzunahmebetrag in einem zentralen Abschnitt einer langen Seitenfläche der Energiespeichervorrichtung oder einen Dickenzunahmebetrag auf beiden Seiten. Beispiele für den repräsentativen SOC umfassen einen mittleren SOC, einen durchschnittlichen SOC, einen minimalen SOC und einen maximalen SOC des SOC-Bereichs. Im Folgenden wird der Dickenzunahmebetrag als die Dicke des mittleren Teils der langen Seitenfläche der Energiespeichervorrichtung beschrieben.
Das Schätzungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst die Zeitreihendaten des SOC in der Energiespeichervorrichtung und bestimmt den ΔSOC in den Zeitreihendaten und den SOC-Repräsentativwert und den Temperatur-Repräsentativwert wie den mittleren SOC, der den SOC-Bereich im ΔSOC darstellt. Die Formveränderung wie der Dickenzunahmebetrag der Energiespeichervorrichtung wird auf Grundlage des ermittelten ΔSOC, des repräsentativen SOC-Werts und des repräsentativen Temperaturwerts geschätzt.
(Erste Ausführungsform)
Nachfolgend wird ein Fall beschrieben, bei dem die Energiespeichervorrichtung eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Lade-Entlade-Systems 1 und eines Servers 9 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
Das Lade-Entlade-System 1 umfasst ein Batteriemodul 3, eine Batterieverwaltungseinheit (BMU) 4, einen Spannungssensor 5, einen Stromsensor 6, eine Steuereinheit 7 und einen Temperatursensor 8.
Im Batteriemodul 3 sind Lithium-Ionen-Sekundärbatterien (im Folgenden als Zellen bezeichnet) 2 als eine Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen in Reihe geschaltet. Die Steuervorrichtung 7 steuert das gesamte Lade-Entlade-System 1.
Der Server 9 umfasst eine Steuereinheit 91 und eine Kommunikationseinheit 92.
Die Steuervorrichtung 7 umfasst eine Steuereinheit 71, eine Anzeigeeinheit 72 und eine Kommunikationseinheit 73.
Die Steuereinheit 71 der Steuervorrichtung 7 ist über die Kommunikationseinheit 73, ein Netzwerk 10 und die Kommunikationseinheit 92 mit der Steuereinheit 91 verbunden.
Eine Last 13 ist über die Terminals 11 und 12 mit dem Batteriemodul 3 verbunden. Im Falle des Aufladens ist ein Ladegerät an das Batteriemodul 3 angeschlossen.
Die Steuereinheiten 71 und 91 umfassen beispielsweise eine Zentraleinheit (CPU), einen Festwertspeicher (ROM), einen Arbeitsspeicher (RAM) u.ä. und steuern den Betrieb der Steuervorrichtung 7 bzw. des Servers 9.
Die Kommunikationseinheiten 73 und 92 weisen die Funktion auf, mit anderen Geräten über das Netzwerk 10 zu kommunizieren und können notwendige Informationen senden und empfangen.
Die Anzeigeeinheit 72 der Steuervorrichtung 7 kann durch ein Flüssigkristallfeld, ein organisches Elektrolumineszenz (EL)-Anzeigefeld oder Ähnliches konfiguriert werden. Die Steuereinheit 71 steuert die Anzeige der erforderlichen Informationen auf der Anzeigeeinheit 72.
In der vorliegenden Ausführungsform fungiert eine der BMU 4, die Steuervorrichtung 7 und der Server 9 als Schätzungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung. Wenn der Server 9 nicht als Schätzungsvorrichtung fungiert, kann das Lade-Entlade-System 1 nicht mit dem Server 9 verbunden sein.
Obwohl 7 ein Fall zeigt, in dem ein Satz von Batteriemodulen 3 vorgesehen ist, kann eine Vielzahl von Sätzen von Batteriemodulen 3 in Reihe geschaltet werden.
Bei der BMU 4 kann es sich um eine Batterie-ECU handeln.
Der Spannungssensor 5 ist parallel zu dem Batteriemodul 3 geschaltet und gibt ein Erfassungsergebnis aus, das der gesamten Spannung des Batteriemoduls 3 entspricht. Der Spannungssensor 5 ist mit einem Terminal 23 einer positiven Elektrode und einem Terminal 26 einer negativen Elektrode, die später beschrieben werden, jeder Zelle 2 verbunden, misst eine Spannung V₁ zwischen den Terminals 23 und 26 jeder Zelle 2 und erfasst eine Spannung V zwischen einer Leitung 33 einer negativen Elektrode und einer Leitung 34 einer positiven Elektrode, die später beschrieben werden, des Batteriemoduls 3, die ein Gesamtwert von V₁ jeder Zelle 2 ist.
Der Stromsensor 6 ist in Reihe mit dem Batteriemodul 3 geschaltet und gibt ein Erfassungsergebnis in Abhängigkeit vom Strom des Batteriemoduls 3 aus.
Der Temperatursensor 8 ist in der Nähe des Batteriemoduls 3 vorgesehen und gibt ein Erfassungsergebnis entsprechend der Temperatur des Batteriemoduls 3 aus.
8 ist eine perspektivische Ansicht des Batteriemoduls 3.
Das Batteriemodul 3 umfasst ein rechteckiges quaderförmiges Gehäuse 31 und eine Vielzahl von Zellen 2, die in dem Gehäuse 31 untergebracht sind.
Die Zelle 2 umfasst einen rechteckigen quaderförmigen Gehäusekörper 21, eine Deckelplatte 22, die auf der Deckelplatte 22 vorgesehenen Terminals 23 und 26, ein Berstventil 24 und eine Elektrodenanordnung 25. Die Elektrodenanordnung 25 wird durch Laminieren einer positiven Elektrodenplatte, eines Separators und einer negativen Elektrodenplatte gebildet und ist im Gehäuse 21 untergebracht.
Die Elektrodenanordnung 25 kann durch Zusammenwickeln einer positiven Elektrodenplatte und einer negativen Elektrodenplatte in einer flachen Form mit einem dazwischen angeordneten Separator erhalten werden.
Die positive Elektrodenplatte wird durch Bilden einer aktiven Materialschicht auf einer positiven Elektrodensubstratfolie gebildet, die eine plattenartige (blechartige) oder längliche streifenartige Metallfolie aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen ist. Die negative Elektrodenplatte wird durch Bilden einer aktiven Materialschicht auf einer negativen Elektrodensubstratfolie gebildet, die eine plattenartige (blechartige) oder längliche streifenartige Metallfolie aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder ähnlichem ist. Der Separator ist eine mikroporöse Folie aus einem Kunstharz.
Das positive aktive Material, das für die aktive Materialschicht der positiven Elektrode verwendet wird, ist beispielsweise ein geschichtetes Oxid, dargestellt durch Li_x(Ni_aMn_bCo_cM_d)O₂ (M ist ein anderes Metallelement als Li, Ni, Mn und Co, 0 ≤ a < 1, 0 ≤ b < 1,0 ≤ c < 1, a + b + c + d = 1, 0 < x ≤ 1,1, und a und c sind nicht gleichzeitig 0). Das positive aktive Material weist eine schichtförmige steinsalzartige Kristallstruktur auf. Das a kann 0,5 ≤ a ≤ 1 erfüllen. In diesem Fall enthält die Übergangsmetallstelle eine große Menge an Ni.
Das positive aktive Material ist vorzugsweise NCM, dargestellt durch Li_x(Ni_aCo_cMn_b)O₂ (a + b + c = 1) mit d = 0. Das NCM kann NCM 111 (a: b: c = 1:1:1), NCM 523 (a: b: c = 5:2:3), das einen hohen Ni-Gehalt aufweist, oder ähnliches sein.
Das positive aktive Material kann NCA sein, dargestellt durch Li_x(Ni_aCo_cAl_d)O₂, in dem M gleich AI und b = 0 (a + c + d = 1) ist.
In NCM oder NCA ist das Metall außer Li und Ni nicht auf zwei Arten von Metallen beschränkt, sondern kann aus drei oder mehr Arten von Metallen bestehen. Zum Beispiel kann eine kleine Menge von Ti, Nb, B, W, Zr, Ti, Mg oder ähnlichem enthalten sein.
Das positive aktive Material kann beispielsweise ein Li-exzessives aktives Material sein, wie ein LiMeO₂-Li₂MnO₃-Mischkristall, ein Li₂O-LiMeO₂-Mischkristall, ein Li_aNbO₄-LiMeO₂-Mischkristall, ein Li₄WO₅-LiMeO₂-Mischkristall, ein Li₄TeO₅-LiMeO₂-Mischkristall, ein Li₃SbO₄-LiFeO₂-Mischkristall, ein Li₂RuO₃-LiMeO₂-Mischkristall oder ein Li₂RuO₃-Li₂MeO₃-Mischkristall.
Das positive aktive Material ist nicht auf die oben genannten Fälle beschränkt.
Beispiele für das negative aktive Material, das für die negative aktive Materialschicht verwendet wird, umfassen harten Kohlenstoff, Metalle oder Legierungen wie Si, Sn, Cd, Zn, AI, Bi, Pb, Ge und Ag, Chalkogenide, die diese Metalle enthalten, und dergleichen. Ein Beispiel für ein Chalkogenid ist SiO.
Die benachbarten Terminals 23 und 26 der benachbarten Zellen 2 des Batteriemoduls 3 sind durch eine Sammelschiene 32 elektrisch verbunden, so dass die Vielzahl der Zellen 2 in Reihe geschaltet ist.
Die Terminals 23 und 26 der Zellen 2 an beiden Enden des Batteriemoduls 3 sind mit den Leitungen 34 und 33 zur Entnahme elektrischer Energie versehen.
9 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der BMU 4 zeigt. Die BMU 4 umfasst eine Steuereinheit 41, eine Speichereinheit 42, eine Takteinheit 47, eine Eingabeeinheit 48 und eine Kommunikationseinheit 49. Diese Einheiten sind über einen Bus kommunikativ miteinander verbunden.
Die Steuereinheit 41 weist den gleichen Aufbau auf wie die Steuereinheit 71.
Die Steuereinheit 41 fungiert als Verarbeitungseinheit, die die Berechnung des Dickenzunahmebetrages durch Lesen und Ausführen eines Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramms 43, das später beschrieben wird, durchführt.
Die Takteinheit 47 zählt die verstrichene Zeit.
Die Eingabeeinheit 48 empfängt Eingaben von Erfassungsergebnissen vom Spannungssensor 5, dem Stromsensor 6 und dem Temperatursensor 8.
Die Kommunikationseinheit 49 weist die Funktion auf, mit anderen Geräten über das Netzwerk 10 zu kommunizieren und kann notwendige Informationen senden und empfangen.
Die Speichereinheit 42 umfasst beispielsweise ein Festplattenlaufwerk (HDD) und speichert verschiedene Programme und Daten. In der Speichereinheit 42 ist das Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramm 43 gespeichert. Das Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramm 43 wird in einem Zustand bereitgestellt, in dem es auf einem computerlesbaren Aufnahme-Medium 50, wie beispielsweise einer CD-ROM, einer DVD-ROM oder einem USB-Speicher, gespeichert ist, und wird in der Speichereinheit 42 gespeichert, indem es in der BMU 4 installiert wird. Darüber hinaus kann das Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramm 43 von einem externen Computer (nicht dargestellt), der an ein Kommunikationsnetz angeschlossen ist, abgerufen und in der Speichereinheit 42 gespeichert werden.
Die Speichereinheit 42 speichert auch Verlaufsdaten 44 zum Laden und Entladen. Die Lade-Entlade-Historie ist eine Betriebshistorie des Batteriemoduls 3 und umfasst Informationen, die einen Zeitraum (Nutzungszeitraum) angeben, in dem das Batteriemodul 3 eine Ladung oder Entladung durchführt, Informationen über die von dem Batteriemodul 3 während des Nutzungszeitraums durchgeführte Ladung oder Entladung und dergleichen. Die Informationen, die den Nutzungszeitraum des Batteriemoduls 3 angeben, umfassen Informationen, die Start- und Endpunkte der Ladung oder Entladung, einen akkumulierten Nutzungszeitraum, in dem das Batteriemodul 3 genutzt wird, und Ähnliches angeben. Die Informationen über die von dem Batteriemodul 3 durchgeführte Ladung oder Entladung sind Informationen, die eine Spannung, eine Rate und dergleichen während der von dem Batteriemodul 3 durchgeführten Ladung oder Entladung angeben.
Die Speichereinheit 42 speichert auch eine erste Ausdehnungskoeffiziententabelle 45 und eine zweite Ausdehnungskoeffiziententabelle 46.
Wie in 5 gezeigt, wird die Beziehung zwischen dem gesamten SOC und dem Dickenzunahmebetrag im Voraus durch Experimente für jeden der Vielzahl von ΔSOCs und den mittleren SOC für jede Temperatur des Batteriemoduls 3 ermittelt, und die Steuereinheit 41 berechnet einen Koeffizienten einer Näherungskurve der Beziehung als einen ersten Ausdehnungskoeffizienten. Die erste Ausdehnungskoeffiziententabelle 45 speichert eine Vielzahl von ΔSOCs und den mittleren SOC sowie entsprechende erste Ausdehnungskoeffizienten für jede Temperatur. In diesem Fall wird eine Tabelle mit Temperaturen ausgewählt, die dem ermittelten repräsentativen Temperaturwert entsprechen, und der erste Ausdehnungskoeffizient wird auf Grundlage des ΔSOC und des mittleren SOC bestimmt, die auf Grundlage der Zeitreihendaten des SOC ermittelt wurden. Wenn es keine Tabelle mit der entsprechenden Temperatur gibt, wird eine Interpolationsberechnung zwischen den Tabellen durchgeführt.
Wenn der erste Ausdehnungskoeffizient durch das Arrhenius-Diagramm ausgedrückt werden kann, werden die erste Ausdehnungskoeffiziententabelle und das Arrhenius-Diagramm bei einer vorgegebenen Temperatur in der ersten Ausdehnungskoeffiziententabelle 45 gespeichert. Der erste Ausdehnungskoeffizient wird auf Grundlage des ermittelten ΔSOC und des mittleren SOC bestimmt, und man erhält den ersten Ausdehnungskoeffizienten (T), der einer Temperaturkorrektur durch das Arrhenius-Diagramm unterzogen wird.
Wenn der für die Temperatur des Batteriemoduls 3 repräsentative Wert anhand des Lastmusters (Verwendungsmusters) o. Ä. des Batteriemoduls 3 als konstant eingeschätzt wird, kann die erste Ausdehnungskoeffiziententabelle entsprechend dem für die Temperatur repräsentativen Wert gespeichert werden.
Die erste Ausdehnungskoeffiziententabelle 45 kann den ersten Ausdehnungskoeffizienten als Funktion des ΔSOC und des mittleren SOC speichern.
Wie in 3 gezeigt, kann die Beziehung zwischen der Zeit und dem Dickenzunahmebetrag im Voraus durch Experimente für jede der Vielzahl von ΔSOCs und den mittleren SOC ermittelt werden, und ein Koeffizient einer Näherungskurve der Beziehung kann als erster Ausdehnungskoeffizient ermittelt und in der ersten Ausdehnungskoeffiziententabelle 45 gespeichert werden.
Der erste Ausdehnungskoeffizient kann durch Interpolationsberechnung interpoliert werden.
Die Beziehung zwischen der Zeit und dem Dickenzunahmebetrag wird im Voraus für jede der Vielzahl von Temperaturen und SOCs zum Zeitpunkt des Stehens experimentell ermittelt, und die Steuereinheit 41 berechnet einen Koeffizienten einer Näherungskurve der Beziehung als einen zweiten Ausdehnungskoeffizienten. Die zweite Ausdehnungskoeffiziententabelle 46 speichert eine Vielzahl von Temperaturen, SOCs zum Zeitpunkt des Stehens und entsprechende zweite Ausdehnungskoeffizienten.
10 ist ein Flussdiagramm, das einen Vorgang der Berechnungsverarbeitung des Dickenzunahmebetrags durch die Steuereinheit 41 zeigt.
Die Steuereinheit 41 erfasst die Zeitreihendaten des SOC im vorbestimmten Zeitraum und die Temperatur des Batteriemoduls 3 (S1). Die Temperatur kann als Zeitreihendaten erfasst werden.
Die Steuereinheit 41 ermittelt den ΔSOC, den mittleren SOC als SOC-Repräsentativwert, und die mittlere Temperatur als Temperatur-Repräsentativwert (S2). Ein Bestimmungsverfahren für den ΔSOC und den mittleren SOC wird später beschrieben.
Die Steuereinheit 41 liest die erste Ausdehnungskoeffiziententabelle 45 entsprechend der Durchschnittstemperatur und bestimmt den ersten Ausdehnungskoeffizienten auf Grundlage des ermittelten ΔSOC und des mittleren SOC (S3). In einem Fall, in dem der Arrhenius-Plot anstelle der Speicherung der ersten Ausdehnungskoeffiziententabelle für jede Durchschnittstemperatur gespeichert wird, erhält die Steuereinheit 41 den ersten Ausdehnungskoeffizienten (T), der auf die Temperatur zum Zeitpunkt der Berechnung durch den Arrhenius-Plot in Bezug auf den ermittelten ersten Ausdehnungskoeffizienten korrigiert wird.
Es wird ein Beispiel für die Bestimmung des ersten Ausdehnungskoeffizienten beschrieben. 11 ist ein Diagramm, das die Fluktuationsdaten des SOC zeigt. Die horizontale Achse stellt die Zeit (Sekunden) dar, und die vertikale Achse den SOC (%). Aus 11 geht hervor, dass der mittlere SOC bei 40% und der ΔSOC bei 25% liegt. 12 zeigt ein Beispiel für die erste Ausdehnungskoeffiziententabelle 45. Wenn der mittlere SOC 40% und der ΔSOC 25% beträgt, wird ein erster Ausdehnungskoeffizient k7d aus der ersten Ausdehnungskoeffiziententabelle 45 ermittelt. Dabei bezieht sich der ΔSOC auf einen Schwankungsbetrag während des Ladens oder Entladens.
Die Steuereinheit 41 berechnet einen ersten Dickenzunahmebetrag auf Grundlage des ermittelten ersten Ausdehnungskoeffizienten und des Gesamt-SOC (S4).
Der erste Dickenzunahmebetrag wird durch eine Funktion des gesamten SOC mit dem ersten Ausdehnungskoeffizienten als Faktor dargestellt. Wenn für jede Temperatur der Koeffizient der Näherungskurve der Beziehung zwischen der Zeit und dem Dickenzunahmebetrag, der für jede der Vielzahl von ΔSOCs und den mittleren SOC erhalten wird, als erster Ausdehnungskoeffizient erhalten und in der ersten Ausdehnungskoeffiziententabelle 45 gespeichert wird, wird der erste Dickenzunahmebetrag durch eine Funktion der Zeit mit dem ersten Ausdehnungskoeffizienten als Faktor dargestellt.
Die Steuereinheit 41 liest die zweite Ausdehnungskoeffiziententabelle 46 und bestimmt den zweiten Ausdehnungskoeffizienten auf Grundlage der durchschnittlichen Temperatur und des SOC zum Zeitpunkt des Stehens (S5).
Die Steuereinheit 41 berechnet einen zweiten Dickenzunahmebetrag auf Grundlage des ermittelten zweiten Ausdehnungskoeffizienten und der Zeit (S6). Der zweite Dickenzunahmebetrag wird durch eine Funktion der Zeit (oder √ Zeit) mit dem zweiten Ausdehnungskoeffizienten als Faktor dargestellt.
Die Steuereinheit 41 addiert den zweiten Dickenzunahmebetrag zum ersten Dickenzunahmebetrag, um einen Gesamtdickenzunahmebetrag zu berechnen (S7), und beendet die Verarbeitung.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Bestimmung des ΔSOC und des mittleren SOC im Einzelnen beschrieben.
13 ist ein erklärendes Diagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung des ΔSOC und des mittleren SOC aus dem Startpunkt der Ladung und Entladung der Fluktuationsdaten des SOC zeigt. Die horizontale Achse steht für die Zeit, die vertikale Achse für den SOC (%).
Die Steuereinheit 41 ermittelt den Startpunkt des Ladevorgangs und den Startpunkt des Entladevorgangs aus den Schwankungsdaten des SOC.
Die Steuereinheit 41 bestimmt die Differenz zwischen dem SOC am Lade-Startpunkt und dem SOC am Entlade-Startpunkt als ΔSOC.
Die Steuereinheit 41 ermittelt den mittleren SOC zwischen dem Ladestartpunkt und dem Entladestartpunkt als mittleren SOC und ermittelt die mittlere Temperatur als Temperatur-Repräsentativwert.
14 ist ein erklärendes Diagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung des ΔSOC und des mittleren SOC zeigt, indem jedes Mal gezählt wird, wenn der SOC den Schwellwert vom Startpunkt aus erreicht, basierend auf den Schwankungsdaten des SOC. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar, und die vertikale Achse den SOC (%).
Die Steuereinheit 41 berechnet den ΔSOC und den mittleren SOC jedes Mal, wenn der Änderungsbetrag des SOC um 2% steigt oder sinkt.
Die Steuereinheit 41 bestimmt den Betrag der Änderung des SOC vom Startpunkt bis zum Zählpunkt als ΔSOC.
Die Steuereinheit 41 bestimmt den durchschnittlichen SOC vom Startpunkt bis zum Zählpunkt als mittleren SOC und bestimmt die durchschnittliche Temperatur als Temperatur-Repräsentativwert.
Als Nächstes wird ein Fall beschrieben, in dem die Standardabweichung und der Durchschnittswert des SOC auf Grundlage der Zeitreihendaten berechnet werden und die berechnete Standardabweichung und der Durchschnittswert als ΔSOC und der mittlere SOC bestimmt werden.
15 ist ein Diagramm mit Schwankungsdaten des SOC, wobei die horizontale Achse die Zeit (Tag) und die vertikale Achse den SOC (%) darstellt.
Die Steuereinheit 41 extrahiert aus den Schwankungsdaten des SOC die Daten einer Periode zur Berechnung des Dickenzunahmebetrags.
16 ist ein erklärendes Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Berechnung der Standardabweichung und des Durchschnittswerts des SOC.
Die Steuereinheit 41 errechnet die Standardabweichung und den Mittelwert des SOC.
Die Steuereinheit 41 liest die erste Ausdehnungskoeffiziententabelle 45 und bestimmt den ersten Ausdehnungskoeffizienten.
17 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Standardabweichung, dem durchschnittlichen SOC und dem ersten Ausdehnungskoeffizienten, der in der ersten Ausdehnungskoeffiziententabelle 45 für jede Temperatur gespeichert ist, zeigt. Die horizontale Achse steht für die Standardabweichung (%), die vertikale Achse für den ersten Ausdehnungskoeffizienten (%/√ SOC). Die Beziehung zwischen der Standardabweichung und dem ersten Ausdehnungskoeffizienten ergibt sich für jeden der Fälle a, b, c, d und e, in denen der durchschnittliche SOC 12,5%, 37,5%, 62,5%, 87,5% und 100% beträgt. Die Steuereinheit 41 bezieht sich auf die erste Ausdehnungskoeffiziententabelle 45, die der Durchschnittstemperatur entspricht, und bestimmt den ersten Ausdehnungskoeffizienten auf Grundlage der Standardabweichung und des durchschnittlichen SOC, wie in 16 gezeigt. Die Steuereinheit 41 kann eine Temperaturkorrektur des ersten Ausdehnungskoeffizienten anhand des Arrhenius-Diagramms vornehmen.
18 ist ein erklärendes Diagramm eines Verfahrens zur Berechnung des Dickenzunahmebetrages auf Grundlage des ermittelten ersten Ausdehnungskoeffizienten und der Zeit. Die horizontale Achse stellt die Zeit (Tag) dar, und die vertikale Achse stellt den Dickenzunahmebetrag (%) dar.
Der berechnete Wert des Dickenzunahmebetrags wird in einem Diagramm dargestellt. Die gemessenen Werte sind ebenfalls dargestellt. Aus 18 ist ersichtlich, dass der berechnete Wert mit dem gemessenen Wert übereinstimmt.
Als nächstes wird ein Fall beschrieben, bei dem die Wellenform der Schwankung des SOC in den Zeitreihendaten in eine Frequenzkomponente umgewandelt wird, und die Amplitude der umgewandelten Frequenzkomponente als Schwankungsbereich und die Frequenz als Gesamt-SOC bestimmt wird.
19 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeit und dem SOC zeigt, wenn der SOC um Δ 0,5%, Δ 1,5%, Δ 5%, Δ 20% und Δ 30% bei einer vorgegebenen Temperatur variiert wird. Die horizontale Achse steht für die Zeit [Sekunden], die vertikale Achse für den SOC [%]. In 19 sind die Graphen für den Fall, dass der SOC um Δ 0,5%, Δ 1,5%, Δ 5%, Δ 20% und Δ 30% variiert wird, mit a, b, c, d und e gekennzeichnet. 19 zeigt auch die Schwankung (Beispiel) des SOC, wenn die Energiespeichervorrichtung tatsächlich genutzt wird.
20 ist ein Diagramm, in dem die Wellenform von 19 Fourier-transformiert und in Wellenformkomponenten in einer Vielzahl von Frequenzbereichen umgewandelt ist. Die horizontale Achse stellt die Frequenz [Hz] dar, und die vertikale Achse das Amplitudenspektrum [%].
Die Wellenformkomponenten, die den Wellenformen b, c, d und e in 19 entsprechen, sind dargestellt, und die Wellenformkomponenten, die durch Umwandlung der Wellenformen der Beispiele erhalten wurden, sind ebenfalls dargestellt. Unter den Wellenformkomponenten, die der Wellenform von a in 19 entsprechen, weist eine Spitzenkomponente eine Frequenz von etwa 0,013 und eine Amplitude von etwa 0,133 auf und ist in 20 nicht dargestellt.
Die erste Ausdehnungskoeffiziententabelle 45 speichert die Beziehung zwischen dem Amplitudenspektrum und der Frequenz des Hauptpeaks der Frequenzkomponente und dem ersten Ausdehnungskoeffizienten für jede Temperatur. Zunächst erhält man die erste Beziehung zwischen der Zeit (Tage) und dem Dickenzunahmebetrag, wenn der SOC in den Mustern a, b, c, d und e in 19 schwankt.
21 ist ein Diagramm, das eine zweite Beziehung zwischen dem Amplitudenspektrum, der Frequenz und dem ersten Ausdehnungskoeffizienten zeigt. In 21 stellt die x-Achse ein Amplitudenspektrum [%], die y-Achse eine Frequenz [Hz] und die z-Achse einen ersten Ausdehnungskoeffizienten dar. Die zweite Beziehung zeigt die Frequenz und das Amplitudenspektrum des Spitzenwertes jeder Wellenform von a, b, c, d und e in 20 in Verbindung mit dem ersten Ausdehnungskoeffizienten, der aus der Näherungskurve der ersten Beziehung erhalten wird. In 21 beträgt der erste Ausdehnungskoeffizient etwa 0,94, wenn das Amplitudenspektrum etwa 10,2% und die Amplitude etwa 2 × 10^-4 beträgt. Das Diagramm in 21 zeigt einen Fall, in dem die Interpolation durch Interpolationsberechnung durchgeführt wird. Im Fall von 21 kann der erste Ausdehnungskoeffizient für andere Wellenformen als die Wellenformen a, b, c, d und e aus 20 durch Ablesen der Werte auf der z-Achse entsprechend dem Amplitudenspektrum und der Frequenz der Wellenform ermittelt werden. Im Beispiel von 20 weist der Hauptpeak ein Amplitudenspektrum von 8,02% und eine Amplitude von etwa 8,4 × 10^-5 auf, und der erste Ausdehnungskoeffizient wird durch Ablesen der z-Koordinate des Punktes ◯ als etwa 0,19 bestimmt. Bei der Ermittlung des ersten Ausdehnungskoeffizienten kann eine Wellenformkomponente, die eine höhere Stärke aufweist als eine Wellenformkomponente mit geringerer Stärke, gewichtet werden.
22 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeit und dem Dickenzunahmebetrag bei der vorgegebenen Temperatur zeigt. In 22 steht die horizontale Achse für die Zeit (Tag) und die vertikale Achse für den Dickenzunahmebetrag (%). Der berechnete Wert zeigt die Beziehung zwischen der Zeit und dem Dickenzunahmebetrag, wenn der erste Ausdehnungskoeffizient 0,19 beträgt.
Der experimentelle Wert wird durch Auftragen des Dickenzunahmebetrages zu jedem der Vielzahl von Messzeitpunkten ermittelt. Aus 22 geht hervor, dass die Schätzungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform zufriedenstellend durchgeführt werden können.
Wie oben beschrieben, wurde bestätigt, dass die Wellenform der Fluktuation des SOC in Wellenformkomponenten in einer Vielzahl von Frequenzbereichen umgewandelt wird, und der Dickenzunahmebetrag der Energiespeichervorrichtung kann auf Grundlage jeder Wellenformkomponente und des ersten Ausdehnungskoeffizienten genau geschätzt werden.
Nachfolgend werden die Ergebnisse der Energetisierung des Dickenzunahmebetrages dargestellt.
23 ist ein Diagramm, das das Ergebnis der Ermittlung einer Beziehung zwischen dem gesamten SOC und dem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn der ΔSOC gleich und der mittlere SOC unterschiedlich ist. Der Dickenzunahmebetrag wurde nach dem Verfahren der vorliegenden Ausführungsform für den Fall berechnet, dass der SOC um 25 bis 50% schwankte, für den Fall, dass der SOC um 50 bis 75% schwankte, und für den Fall, dass der SOC um 75 bis 100% schwankte (Beispiele a, b und c). Für jeden der oben genannten Fälle wurde der Dickenzunahmebetrag nach dem herkömmlichen Verfahren des Patentdokuments 1 berechnet (Vergleichsbeispiele d, e und f). In 23 wird der Messwert durch Auftragen der Dickenzunahmebeträge an einer Vielzahl von Messpunkten ermittelt.
Wie aus 23 ersichtlich ist, wird in den Fällen der Vergleichsbeispiele d, e und f der Dickenzunahmebetrag als im Wesentlichen derselbe Wert berechnet, selbst wenn der mittlere SOC unterschiedlich ist, während in den Fällen der Beispiele a, b und c der Dickenzunahmebetrag, der dem gemessenen Wert nahe kommt, entsprechend jedem mittleren SOC berechnet wird und die Berechnungsgenauigkeit hoch ist.
24 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Ermittlung einer Beziehung zwischen dem Gesamt-SOC und dem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn der mittlere SOC gleich und der ΔSOC unterschiedlich ist. Der Dickenzunahmebetrag wurde gemäß der vorliegenden Ausführungsform jeweils für den Fall, dass der SOC um 55 bis 65% schwankte, und für den Fall, dass der SOC um 20 bis 100% schwankte, berechnet (Beispiele g und h). Für jeden der oben genannten Fälle wurde der Dickenzunahmebetrag nach der Methode des Patentdokuments 1 berechnet (Vergleichsbeispiele i und j). In 24 ist der Messwert durch Auftragen der Dickenzunahmebeträge an einer Vielzahl von Messpunkten erhalten.
Wie aus 24 ersichtlich ist, wird in den Fällen der Vergleichsbeispiele i und j der Dickenzunahmebetrag im Wesentlichen als derselbe Wert berechnet, selbst wenn der ΔSOC unterschiedlich ist, während in den Fällen der Beispiele g und h der Dickenzunahmebetrag, der dem gemessenen Wert angenähert ist, entsprechend jedem ΔSOC berechnet wird, und die Berechnungsgenauigkeit ist hoch.
25 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Berechnung einer Beziehung zwischen der Zeit und einem Dickenzunahmebetrag zeigt, wenn Ladung und Entladung in kurzer Zeit wiederholt werden und der ΔSOC und der mittlere SOC komplizierte Schwankungsmuster aufweisen, die sich voneinander unterscheiden. Die horizontale Achse steht für die Zeit (Tag) und die vertikale Achse für den Dickenzunahmebetrag (%). Die Umgebungstemperatur beträgt 20°C. In 25 wird der Messwert durch Auftragen der Dickenzunahmebeträge zu einer Vielzahl von Messzeitpunkten ermittelt.
Wie aus 25 ersichtlich ist, kann der Dickenzunahmebetrag durch das Verfahren der vorliegenden Ausführungsform genau berechnet werden.
26 ist ein Diagramm, das das Ergebnis der Ermittlung einer Beziehung zwischen der Zeit und dem Dickenzunahmebetrag im Falle eines komplizierten Schwankungsmusters, wie oben beschrieben, zeigt. Die horizontale Achse stellt die Zeit (Tag) dar, und die vertikale Achse den Dickenzunahmebetrag (%). Die Umgebungstemperatur beträgt 25°C. In 26 wird der Messwert durch Auftragen der Dickenzunahmebeträge zu einer Vielzahl von Messzeitpunkten ermittelt.
Wie aus 26 ersichtlich ist, kann der Dickenzunahmebetrag durch das Verfahren der vorliegenden Ausführungsform genau berechnet werden.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Dickenzunahmebetrag des Batteriemoduls 3 auf Grundlage des ermittelten ΔSOC und des mittleren SOC geschätzt, d.h. die Schätzung wird unter Berücksichtigung des Schwankungsbereichs des SOC, in dem das Batteriemodul 3 verwendet wird, durchgeführt, und somit ist die Schätzungsgenauigkeit gut, was den Fall umfasst, in dem das Schwankungsmuster des SOC kompliziert ist.
Da die Formveränderung des Batteriemoduls 3 genau geschätzt werden kann, ist es auch möglich, das Batteriemodul 3 so zu konstruieren, dass die Leistung der Zelle 2 maximiert wird, und die modellbasierte Entwicklung auf die Vorrichtung anzuwenden, auf der das Batteriemodul 3 montiert ist.
(Zweite Ausführungsform)
In einer zweiten Ausführungsform schätzt die Steuereinheit 41 die verbleibende Lebensdauer des Batteriemoduls 3 auf Grundlage des geschätzten Dickenzunahmebetrages.
27 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsvorgang zeigt, wenn die Steuereinheit 41 die verbleibende Lebensdauer des Batteriemoduls 3 vorhersagt.
Die Steuereinheit 41 errechnet den Dickenzunahmebetrag wie oben beschrieben (S11). Basierend auf dem ΔSOC, dem mittleren SOC und der Zeit, wie beispielsweise in 26 gezeigt, erstellt die Steuereinheit 41 einen Graphen des Dickenzunahmebetrags, der eine Funktion der Zeit ist, mit dem ersten Ausdehnungskoeffizienten als Faktor.
Die Steuereinheit 41 errechnet die verbleibende Lebensdauer des Batteriemoduls 3 (S12). Die Steuereinheit 41 liest den Zeitpunkt aus, an dem der Dickenzunahmebetrag den Schwellwert auf der Kurve in 26 überschreitet, und subtrahiert die Zeit bis zur Gegenwart von der gelesenen Zeit, um die Restlebensdauer zu erhalten.
In der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, den zukünftigen Dickenzunahmebetrag auf Grundlage des Graphen der Schätzung des Dickenzunahmebetrags vorherzusagen, die verbleibende Lebensdauer vorherzusagen und ein Management wie den Austausch des Batteriemoduls 3 durchzuführen.
(Dritte Ausführungsform)
In einer dritten Ausführungsform wird mit der Formveränderung der Energiespeichervorrichtung der Betrag der Zunahme der Presskraft zum Pressen der Energiespeichervorrichtung geschätzt.
28 ist eine perspektivische Ansicht des Batteriemoduls 3 gemäß einer dritten Ausführungsform.
Bei dem Batteriemodul 3 gemäß der dritten Ausführungsform sind an beiden Stirnseiten in Anordnungsrichtung der Zellen 2 Endplatten 15 und 15 angeordnet. Zwischen den Zellen 2 und 2 sowie zwischen der Zelle 2 und der Endplatte 15 sind Abstandshalter 19 aus einem Kunstharz angeordnet. Die Abstandshalter 19 können eine gewellte Form aufweisen. Die Endplatten 15 und 15 klemmen die Vielzahl der Zellen 2 und die Abstandshalter 19 aus der Richtung der Nebeneinanderstellung ein. Die Endplatte 15 besteht vorzugsweise aus Metall, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, was die Festigkeit betrifft. Im Falle des Niederdrucktyps kann die Endplatte 15 aus einem Kunstharz hergestellt werden.
Bei den Verbindungselementen 16 und 16 handelt es sich um Metallteile, die die Endplatten 15 miteinander verbinden und die Vielzahl von Zellen 2 und die Vielzahl von Abstandshaltern 19 in einem gepressten Zustand halten. Das Verbindungselement 16 weist eine rechteckige Rahmenform auf, die sich in der Aneinanderreihungsrichtung erstreckt. Die Verbindungselemente 16 halten die Vielzahl von Zellen 2 in einem gepressten Zustand, indem sie in einem Zustand, in dem die Vielzahl von Zellen 2 und die Abstandshalter 19 durch die Endplatten 15 und 15 in der Nebeneinanderstellungsrichtung gepresst werden, beide Seiten in der Nebeneinanderstellungsrichtung durch Bolzen 17 an den Endplatten 15 befestigen.
Wenn der Innendruck der Zelle 2 aufgrund von Verschleiß zunimmt, wird der Abstandshalter 19 verformt, und die Druckkraft zwischen den Endplatten 15 und 15 nimmt zu.
In der dritten Ausführungsform speichert die Speichereinheit 42 der BMU 4 eine erste Presskraftkoeffiziententabelle anstelle der ersten Ausdehnungskoeffiziententabelle 45. Die Beziehung zwischen dem gesamten SOC und dem Betrag der Presskraftzunahme wird im Voraus für jeden der Vielzahl von ΔSOCs und den mittleren SOC experimentell ermittelt, und die Steuereinheit 41 berechnet einen Koeffizienten einer Näherungskurve als den ersten Presskraftkoeffizienten. Die Tabelle der ersten Presskraftkoeffizienten speichert eine Vielzahl von ΔSOCs und einen mittleren SOC sowie die entsprechenden ersten Presskraftkoeffizienten. In diesem Fall wird der erste Presskraftkoeffizient unter Bezugnahme auf die Tabelle der ersten Presskraftkoeffizienten auf Grundlage des ΔSOC und des mittleren SOC bestimmt, die auf Grundlage der Zeitreihendaten des SOC ermittelt wurden, und dann wird der erste Presskraftkoeffizient (T), der einer Temperaturkorrektur durch das Arrhenius-Diagramm unterzogen wurde, erhalten. Die Tabelle des ersten Presskraftkoeffizienten kann den ersten Presskraftkoeffizienten in Verbindung mit der Vielzahl von ΔSOCs und dem mittleren SOC sowie der Temperatur speichern. Darüber hinaus kann die Beziehung zwischen der Zeit und dem Betrag der Presskraftzunahme im Voraus durch Experimente für jede der Vielzahl von ΔSOCs und den mittleren SOC ermittelt werden, und ein Koeffizient einer Näherungskurve der Beziehung kann als erster Presskraftkoeffizient ermittelt und in der ersten Presskraftkoeffiziententabelle gespeichert werden.
Der erste Presskraftkoeffizient kann durch Interpolationsberechnung interpoliert werden.
Die Beziehung zwischen der Zeit und dem Presskraftanstiegsbetrag wird im Voraus durch ein Experiment für jede der Vielzahl von Temperaturen und SOCs zum Zeitpunkt des Stehens erhalten, und die Steuereinheit 41 berechnet einen Koeffizienten einer Näherungskurve der Beziehung als einen zweiten Presskraftkoeffizienten. Eine zweite Presskraftkoeffiziententabelle speichert eine Vielzahl von Temperaturen, SOCs zum Zeitpunkt des Stehens und entsprechende zweite Presskraftkoeffizienten.
29 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozedur zur Berechnung des Presskraftzunahmebetrags durch die Steuereinheit 41 zeigt.
Die Steuereinheit 41 erfasst die Schwankungsdaten des SOC im vorgegebenen Zeitraum und die Temperatur des Batteriemoduls 3 (S21).
Die Steuereinheit 41 ermittelt den ΔSOC, den mittleren SOC als repräsentativen SOC des SOC, und die mittlere Temperatur als Temperatur-Repräsentativwert (S22).
Die Steuereinheit 41 liest die erste Presskraftkoeffiziententabelle, die der Durchschnittstemperatur entspricht, und bestimmt den ersten Presskraftkoeffizienten auf Grundlage des ermittelten ΔSOC, des mittleren SOC und der Durchschnittstemperatur (S23). Die Steuereinheit 41 kann den ersten Presskraftkoeffizienten (T) korrigiert auf die Temperatur zum Zeitpunkt der Berechnung durch den Arrhenius-Plot in Bezug auf den bestimmten ersten Presskraftkoeffizienten erhalten.
Die Steuereinheit 41 berechnet den ersten Presskraftzunahmebetrag auf Grundlage des ermittelten ersten Presskraftkoeffizienten und des gesamten SOC-Schwankungsbetrags (S24). Der erste Presskraftzunahmebetrag wird durch eine Funktion des gesamten SOC mit dem ersten Presskraftkoeffizienten als Faktor dargestellt. Wenn der Koeffizient der Näherungskurve der Beziehung zwischen Zeit und Presskraft, die für jede der Vielzahl von ΔSOCs und den mittleren SOC erhalten wird, als erster Presskraftkoeffizient erhalten und in der ersten Presskraftkoeffiziententabelle gespeichert wird, wird der erste Presskraftzunahmebetrag durch eine Funktion der Zeit mit dem ersten Presskraftkoeffizienten als Faktor dargestellt.
Die Steuereinheit 41 liest die Tabelle der zweiten Presskraftkoeffizienten und bestimmt den zweiten Presskraftkoeffizienten auf Grundlage der durchschnittlichen Temperatur und des SOC zum Zeitpunkt des Stehens (S25).
Die Steuereinheit 41 berechnet den zweiten Presskraftzunahmebetrag auf Grundlage des ermittelten zweiten Presskraftkoeffizienten und der Zeit (S26).
Die Steuereinheit 41 addiert den zweiten Presskraftzunahmebetrag zum ersten Presskraftzunahmebetrag, um einen Gesamtpresskraftzunahmebetrag zu berechnen (S27), und beendet die Verarbeitung.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Formveränderung des Batteriemoduls 3 anhand der Änderung der Presskraft abgeschätzt werden. Durch Abschätzung der Presskraft der Endplatte 15 des Batteriemoduls 3 kann das Batteriemodul 3 vorteilhaft gestaltet werden.
(Vierte Ausführungsform)
30 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Informationsverarbeitungssystems 81 gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt. In dem Informationsverarbeitungssystem 81 sind Terminals 61 und 62 eines Benutzers, wie beispielsweise eines Konstrukteurs des Servers 9, der Zelle 2, des Batteriemoduls 3 und dergleichen eines Informationsverwaltungsunternehmens und eines Konstrukteurs eines Geräts, an dem das Batteriemodul 3 angebracht ist, wie beispielsweise eines Fahrzeugs, über das Netzwerk 10, wie beispielsweise das Internet, verbunden. Die Anzahl der Terminals ist nicht auf zwei beschränkt. Die Terminals 61 und 62 können beispielsweise durch einen Desktop-Computer, einen Notebook-PC, ein Tablet, ein Smartphone oder dergleichen gebildet werden.
Der Server 9 umfasst eine Steuereinheit 91, eine Speichereinheit 93, eine Takteinheit 97, eine Eingabeeinheit 98 und eine Kommunikationseinheit 92. Diese Einheiten sind über einen Bus kommunikativ miteinander verbunden.
Die Steuereinheit 91 fungiert als Verarbeitungseinheit, die die Berechnung des Dickenzunahmebetrags durch Einlesen und Ausführen eines Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramms 94 vornimmt.
Die Takteinheit 97 führt die Taktung durch.
Die Eingabeeinheit 98 empfängt Lastmuster-Informationen von den Terminals 61 und 62.
Die Kommunikationseinheit 92 weist die Funktion auf, mit den Terminals 61 und 62 über das Netzwerk 10 zu kommunizieren, und kann notwendige Informationen senden und empfangen.
Die Speichereinheit 93, eine erste Ausdehnungskoeffiziententabelle 95 und eine zweite Ausdehnungskoeffiziententabelle 96 weisen die gleichen Konfigurationen auf wie die Speichereinheit 42, die erste Ausdehnungskoeffiziententabelle 45 und die zweite Ausdehnungskoeffiziententabelle 46. Das Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramm 94 wird in einem Zustand bereitgestellt, in dem es auf einem computerlesbaren Aufnahme-Medium 51, wie beispielsweise einer CD-ROM, einer DVD-ROM oder einem USB-Speicher, gespeichert ist, und wird in der Speichereinheit 93 gespeichert, indem es in dem Server 9 installiert wird. Darüber hinaus kann das Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramm 94 von einem externen Computer (nicht dargestellt), der an ein Kommunikationsnetz angeschlossen ist, abgerufen und in der Speichereinheit 93 gespeichert werden.
In ähnlicher Weise umfassen die Terminals 61 und 62 Steuereinheiten 61a und 62a, Speichereinheiten 61b und 62b, Takteinheiten 61c und 62c, Eingabeeinheiten 61d und 62d sowie Kommunikationseinheiten 61e und 62e.
31 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozedur der Berechnungsverarbeitung des Dickenzunahmebetrages durch die Steuereinheit 91 und eine Prozedur der Auslegungsverarbeitung des Batteriemoduls 3 durch die Steuereinheit 61a zeigt.
Die Steuereinheit 61a des Terminals 61 überträgt das Lastmuster des Batteriemoduls 3 an den Server 9 (S41). Beispiele für das Lastmuster umfassen eine Temperatur, eine Zeit, eine Spannung und einen Strom in einem Fall, in dem ein Verfahren zur Verwendung des Batteriemoduls 3 geschätzt wird.
Die Steuereinheit 91 des Servers 9 empfängt das Lastmuster des Batteriemoduls 3 von dem Terminal 61 (S31).
Die Steuereinheit 91 ermittelt auf Basis des Lastmusters den ΔSOC, den mittleren SOC als repräsentativen SOC des SOC und die durchschnittliche Temperatur als temperaturrepräsentativen Wert (S32).
Die Steuereinheit 91 liest die erste Ausdehnungskoeffiziententabelle 95, die der Durchschnittstemperatur entspricht, und bestimmt den ersten Ausdehnungskoeffizienten auf Grundlage des ermittelten ΔSOC und des mittleren SOC (S33). Die Steuereinheit 91 kann den ersten Presskraftkoeffizienten (T), korrigiert auf eine angenommene Temperatur, durch die Arrhenius-Darstellung in Bezug auf den ermittelten ersten Presskraftkoeffizienten erhalten. Wenn in der ersten Ausdehnungskoeffiziententabelle 95 der erste Ausdehnungskoeffizient gespeichert ist, der der angenommenen Temperatur entspricht, ist eine Temperaturkorrektur nicht erforderlich.
Die Steuereinheit 91 berechnet den ersten Dickenzunahmebetrag auf Grundlage des ermittelten ersten Ausdehnungskoeffizienten und des Gesamt-SOC (S34).
Die Steuereinheit 91 liest die zweite Ausdehnungskoeffiziententabelle 96 und bestimmt den zweiten Ausdehnungskoeffizienten auf Grundlage der angenommenen Temperatur und des SOC zum Zeitpunkt des Stehens (S35).
Die Steuereinheit 91 berechnet den zweiten Dickenzunahmebetrag auf Grundlage des ermittelten zweiten Ausdehnungskoeffizienten und der Zeit (S36).
Die Steuereinheit 91 berechnet den Gesamtdickenzunahmebetrag, indem sie den zweiten Dickenzunahmebetrag zum ersten Dickenzunahmebetrag addiert (S37).
Die Steuereinheit 91 überträgt die Daten des gesamten Dickenzunahmebetrages an das Terminal 61 (S38).
Die Steuereinheit 61a empfängt die Daten des gesamten Dickenzunahmebetrages vom Server 9 (S42).
Die Steuereinheit 61a legt das Batteriemodul 3 aus (S43), und beendet die Bearbeitung. Die Steuereinheit 61a kann die Form und das Anordnungsintervall der Abstandshalter 19, die zwischen der Vielzahl von Zellen 2 angeordnet sind, die Druckkräfte der Endplatten 15, die die Vielzahl von Zellen 2 sandwichartig einschließen, und ähnliches vorteilhaft gestalten. Daher kann die Leistung der Zelle 2 maximiert, die übermäßige Vergrößerung des Batteriemoduls 3 vermieden und die Kosten reduziert werden.
Wenn es sich bei dem Terminal 61 um ein Terminal eines Konstrukteurs einer Vorrichtung, wie beispielsweise eines Fahrzeugs, handelt, an dem das Batteriemodul 3 angebracht ist, kann die Steuereinheit 61a Daten über den gesamten Dickenzunahmebetrag erfassen und einen Speicherplatz oder ähnliches für das Batteriemodul 3 in der Vorrichtung entwerfen. Eine Vorrichtung kann auch auf Grundlage der Leistung und Lebensdauer des Batteriemoduls 3 entworfen werden.
Die gleiche Verarbeitung wie oben beschrieben wird auch in dem Terminal 62 durchgeführt.
(Fünfte Ausführungsform)
32 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Informationsverarbeitungssystems 82 gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt. In der Zeichnung sind dieselben Teile wie in 30 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung entfällt.
In dem Informationsverarbeitungssystem 82 der fünften Ausführungsform sind Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramme 61f und 62f, erste Ausdehnungskoeffiziententabellen 61g und 62g und zweite Ausdehnungskoeffiziententabellen 61 h und 62h in den Speichereinheiten 61 b und 62b der Terminals 61 und 62 vom Server 9 installiert. Die Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramme 61f und 62f und dergleichen können über ein Aufnahme-Medium in den Speichereinheiten 61b und 62b installiert werden.
In der fünften Ausführungsform schätzt die Steuereinheit 61a oder 62a den Dickenzunahmebetrag des Batteriemoduls 3 und konstruiert das Batteriemodul 3 auf Grundlage des geschätzten Dickenzunahmebetrags. Die Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramme 61f und 62f der fünften Ausführungsform unterscheiden sich von dem Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramm 94 dadurch, dass die Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramme 61f und 62f die Verarbeitung der Erfassung eines Lastmusters und die Verarbeitung der Auslegung des Batteriemoduls 3 umfassen und nicht die Verarbeitung des Lastmusterempfangs und die Verarbeitung der Übertragung des gesamten Dickenerhöhungsbetrags umfassen.
33 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Berechnung des Dickenzunahmebetrags und des Designs des Batteriemoduls 3 durch die Steuereinheit 61a zeigt. Die Steuereinheit 61a liest das Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramm 61f und führt die Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsverarbeitung und die Auslegungsverarbeitung des Batteriemoduls 3 durch.
Die Steuereinheit 61a des Terminals 61 erfasst das Lastmuster des Batteriemoduls 3 (S51). Beispiele für das Lastmuster umfassen eine Temperatur, eine Zeit, eine Spannung und einen Strom in einem Fall, in dem ein Verfahren zur Verwendung des Batteriemoduls 3 geschätzt wird.
Die Steuereinheit 61a bestimmt den ΔSOC, den mittleren SOC als den repräsentativen SOC des SOC, und die durchschnittliche Temperatur als den Temperatur-Repräsentativwert auf Grundlage des Lastmusters (S52).
Die Steuereinheit 61a liest die erste Ausdehnungskoeffiziententabelle 61g, die der Durchschnittstemperatur entspricht, und bestimmt den ersten Ausdehnungskoeffizienten auf Grundlage des ermittelten ΔSOC und des mittleren SOC (S53). Die Steuereinheit 61a kann den ersten Presskraftkoeffizienten (T) erhalten, der anhand des Arrhenius-Plots in Bezug auf den ermittelten ersten Presskraftkoeffizienten auf die Temperatur zum Zeitpunkt der Berechnung korrigiert wird. Wenn in der ersten Ausdehnungskoeffiziententabelle 61g der erste Ausdehnungskoeffizient gespeichert ist, der der angenommenen Temperatur entspricht, ist eine Temperaturkorrektur nicht erforderlich.
Die Steuereinheit 61a berechnet den ersten Dickenzunahmebetrag auf Grundlage des ermittelten ersten Ausdehnungskoeffizienten und des Gesamt-SOC (S54).
Die Steuereinheit 61a liest die zweite Ausdehnungskoeffiziententabelle 61h und bestimmt den zweiten Ausdehnungskoeffizienten auf Grundlage der angenommenen Temperatur und des SOC zum Zeitpunkt des Stehens (S55).
Die Steuereinheit 61a berechnet den zweiten Dickenzunahmebetrag auf Grundlage des ermittelten zweiten Ausdehnungskoeffizienten und der Zeit (S56).
Die Steuereinheit 61a berechnet den gesamten Dickenzunahmebetrag, indem sie den zweiten Dickenzunahmebetrag zum ersten Dickenzunahmebetrag addiert (S57).
Die Steuereinheit 61a gestaltet das Batteriemodul 3 (S58) und beendet die Bearbeitung. Die Steuereinheit 61a kann die Form und das Anordnungsintervall der Abstandshalter 19, die zwischen der Vielzahl von Zellen 2 angeordnet sind, die Presskräfte der Endplatten 15, die die Vielzahl von Zellen 2 sandwichartig einschließen, und ähnliches vorteilhaft gestalten. Daher kann die Leistung der Zelle 2 maximiert, die übermäßige Vergrößerung des Batteriemoduls 3 vermieden und die Kosten reduziert werden.
Wenn das Terminal 61 ein Terminal eines Konstrukteurs einer Vorrichtung ist, an der das Batteriemodul 3 angebracht ist, kann die Steuereinheit 61a einen Speicherplatz oder dergleichen für das Batteriemodul 3 in der Vorrichtung auf Grundlage der Daten des gesamten Dickenzunahmebetrags entwerfen. Eine Vorrichtung kann auch auf Grundlage der Leistung und Lebensdauer des Batteriemoduls 3 entworfen werden. Da die Formveränderung des Batteriemoduls 3 genau vorhergesagt werden kann, kann die modellbasierte Entwicklung auf die Vorrichtung angewendet werden, auf der das Batteriemodul 3 montiert ist.
Die gleiche Verarbeitung wie oben beschrieben wird auch in dem Terminal 62 durchgeführt.
Die obigen Ausführungsformen sind nicht einschränkend. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll alle Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs umfassen, die den Ansprüchen entsprechen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Fall der Schätzung der Formveränderung des Batteriemoduls 3 beschränkt, und die Formveränderung der Zelle 2 kann geschätzt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Fall beschränkt, dass die Änderung der Presskraft als Formveränderung in dem Zustand geschätzt wird, in dem das Batteriemodul 3 vollständig eingespannt ist. Die Zelle 2 kann sich in einem freien Zustand oder in einem Zwischenzustand befinden. Als Formveränderung kann eine Änderung der Kraft (Reaktionskraft), die sich auf die Außenseite der Zelle 2 ausbreitet, und eine Änderung des Drucks, der auf wenigstens eine Oberfläche der Zelle 2 ausgeübt wird, verwendet werden.
Der SOC-Repräsentativwert ist nicht auf den mittleren SOC beschränkt, und der Temperaturrepräsentativwert ist nicht auf die Durchschnittstemperatur beschränkt.
Das Schätzungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch auf Lade-Entlade-Systeme wie mobile Karosserien, mobile Geräte, Energieerzeugungsanlagen, Energiebedarfsanlagen und regenerative Energiespeicher für die Bahn angewendet werden.
Die Energiespeichervorrichtung ist nicht auf eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie beschränkt. Bei der Energiespeichervorrichtung kann es sich auch um eine andere Sekundärbatterie, eine Primärbatterie oder eine elektrochemische Zelle wie beispielsweise einen Kondensator handeln.
Wie oben beschrieben, kann ein Algorithmus, bei dem eine C-Rate des Weiteren berücksichtigt wird, mit der Schätzungstechnik kombiniert werden, die in der Ausführungsform gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. Die Schätzung wird unter Berücksichtigung eines weiteren dynamischen Parameters, der C-Rate, durchgeführt, so dass die Schätzungsgenauigkeit verbessert werden kann.
(Ausführungsform gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung)
34 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Dickenzunahmebetrag und der Kapazitätsabnahmerate zeigt, wenn die Batterie stehen gelassen wird, während der durchschnittliche SOC und die Temperatur der Batterie (Batteriemodul) geändert werden. Die horizontale Achse stellt den Dickenzunahmebetrag (%) dar, die vertikale Achse die Kapazitätsabnahmerate (%). Die Ergebnisse, die durch die Messung des Verhältnisses zwischen dem Dickenzunahmebetrag und der Kapazitätsabnahmerate bei einer Batterietemperatur von 25°C, 35°C und 45°C für die Fälle, in denen der durchschnittliche SOC 25%, 50% bzw. 100% beträgt, erzielt wurden, sind dargestellt. Für den Fall, dass der durchschnittliche SOC 100% beträgt, wurde auch das Verhältnis zwischen dem Dickenzunahmebetrag und der Kapazitätsabnahmerate bei einer Temperatur von 5°C und 15°C ermittelt.
Wie aus 34 ersichtlich ist, variiert die Steigung der Näherungskurve an jedem tatsächlichen Messpunkt in Abhängigkeit vom durchschnittlichen SOC, und die Steigung der Näherungskurve variiert auch bei gleichem durchschnittlichen SOC in Abhängigkeit von der Temperatur.
35 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Dickenzunahmebetrag und einer Kapazitätsabnahmerate zeigt, wenn ein Lade-Entlade-Zyklustest durchgeführt wird, während ein durchschnittlicher SOC und eine Temperatur geändert werden. Die horizontale Achse stellt den Dickenzunahmebetrag (%) dar, und die vertikale Achse die Kapazitätsabnahmerate (%). Die Ergebnisse der Durchführung des Zyklustests in den SOC-Bereichen von 0 bis 25%, 50 bis 75% und 75 bis 100% bei einer Temperatur der Batterie von 45 °C sind dargestellt. Das heißt, der SOC-Schwankungsbetrag pro Zeiteinheit ist derselbe. Die Ergebnisse der Durchführung des Zyklustests im SOC-Bereich von 75 bis 100% bei einer Temperatur von 20°C sind ebenfalls dargestellt.
Wie aus 35 ersichtlich ist, variiert bei gleichem SOC-Schwankungsbetrag die Steigung der Näherungskurve in Abhängigkeit vom durchschnittlichen SOC. Wenn der durchschnittliche SOC und der SOC-Schwankungsbetrag gleich sind, ist die Steigung der Näherungskurve größer, wenn die Umgebungstemperatur 20°C beträgt, als wenn die Umgebungstemperatur 45°C beträgt.
36 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Dickenzunahmebetrag und einer Kapazitätsabnahmerate zeigt, wenn ein Lade-Entlade-Zyklustest durchgeführt wird, während ein SOC-Schwankungsbetrag geändert wird. Die horizontale Achse stellt den Dickenzunahmebetrag (%) dar, und die vertikale Achse die Kapazitätsabnahmerate (%). Dargestellt sind die Ergebnisse der Durchführung des Zyklustests in den SOC-Bereichen von 55 bis 65% und 20 bis 100% bei einer Batterietemperatur von 45 °C.
Wie aus 36 ersichtlich ist, variiert die Steigung der Näherungskurve bei gleichem durchschnittlichem SOC in Abhängigkeit von der Höhe der SOC-Schwankungen. Im Fall von 3 ist die Steigung der Näherungskurve größer, wenn der SOC-Schwankungsbetrag kleiner ist.
Wie oben beschrieben, ändert sich die Steigung, wenn die Kapazitätsänderung in Bezug auf den Dickenzunahmebetrag aufgetragen wird, in Abhängigkeit von dem repräsentativen SOC wie dem durchschnittlichen SOC, dem SOC-Schwankungsbetrag und der Temperatur. Die vorliegenden Erfinder haben herausgefunden, dass die SOH einfach und zufriedenstellend durch eine Funktion der Formveränderung geschätzt werden kann, indem der repräsentative SOC, der SOC-Schwankungsbetrag und die Temperatur erfasst werden, die Steigung bestimmt wird und die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung erfasst wird, wodurch die vorliegende Erfindung vervollständigt wird.
(Sechste Ausführungsform)
37 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Lade-Entlade-Systems 1 und eines Servers 9 gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt. Die gleichen Vorrichtungen wie in 7 sind in 37 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und die Beschreibung derselben entfällt.
Das Lade-Entlade-System 1 umfasst einen Dickensensor Th und einen Drucksensor P. Das Lade-Entlade-System 1 kann sowohl den Dickensensor Th als auch den Drucksensor P umfassen.
In der vorliegenden Ausführungsform fungiert eine der BMU 4, die Steuervorrichtung 7 und der Server 9 als Schätzungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung. Wenn der Server 9 nicht als Schätzungsvorrichtung fungiert, kann das Lade-Entlade-System 1 nicht mit dem Server 9 verbunden sein.
Obwohl 4 einen Fall zeigt, in dem ein Satz von Batteriemodulen 3 vorgesehen ist, kann eine Vielzahl von Sätzen von Batteriemodulen 3 in Reihe geschaltet werden.
Die BMU 4 kann eine Batterie-ECU sein.
Der Dickensensor Th umfasst ein Röntgen-CT-Gerät, einen Laser-Verschiebungssensor, einen Dehnungssensor (Dehnungsmessstreifen) oder dergleichen. Der Dickensensor Th misst die Dicke des Batteriemoduls 3 in der Aneinanderreihungsrichtung der Zellen 2.
Der Drucksensor P misst die Druckkraft eines Paares von Endplatten (nicht dargestellt), die das Batteriemodul 3 in einem Zustand einschließen, in dem das Batteriemodul 3 in der Aneinanderreihrichtung gepresst wird. Wenn der Innendruck der Zelle 2 aufgrund von Verschleiß zunimmt, erhöht sich die Druckkraft zwischen den Endplatten. Der Drucksensor P kann eine Kraft (Reaktionskraft) messen, die sich an der Außenseite des Batteriemoduls 3 ausbreitet, oder einen Druck, der auf wenigstens eine Oberfläche des Batteriemoduls 3 ausgeübt wird.
38 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der BMU 4 zeigt. Die BMU 4 umfasst eine Steuereinheit 41, eine Speichereinheit 42, eine Takteinheit 47, eine Eingabeeinheit 48 und eine Kommunikationseinheit 49. Diese Einheiten sind über einen Bus kommunikativ miteinander verbunden.
Die Steuereinheit 41 fungiert als eine Verarbeitungseinheit, die eine SOH-Berechnungsverarbeitung durch Lesen und Ausführen eines SOH-Schätzprogramms 143 ausführt, das später beschrieben wird.
Die Speichereinheit 42 umfasst beispielsweise ein Festplattenlaufwerk (HDD) und speichert verschiedene Programme und Daten. Die Speichereinheit 42 speichert ein SOH-Schätzungsprogramm 143. Das SOH-Schätzprogramm 143 wird in einem Zustand bereitgestellt, in dem es auf einem computerlesbaren Aufnahme-Medium 150, wie beispielsweise einer CD-ROM, einer DVD-ROM oder einem USB-Speicher, gespeichert ist, und wird in der Speichereinheit 42 gespeichert, indem es in der BMU 4 installiert wird. Darüber hinaus kann das SOH-Schätzprogramm 143 von einem externen Computer (nicht dargestellt), der an ein Kommunikationsnetz angeschlossen ist, abgerufen und in der Speichereinheit 42 gespeichert werden.
Die Speichereinheit 42 speichert auch Verlaufsdaten 44 für die Ladung und Entladung sowie Temperaturdaten 145.
Die Temperaturdaten 145 speichern den Verlauf der Temperatur des Batteriemoduls 3.
Die Speichereinheit 42 speichert auch eine Koeffiziententabelle 146.
Wie in 39 gezeigt, wird eine erste Beziehung zwischen dem Dickenzunahmebetrag und dem SOH vorab experimentell für jeden der Vielzahl repräsentativer SOCs und der durchschnittlichen Temperatur des Batteriemoduls 3 ermittelt. Dabei ist der repräsentative SOC ein Durchschnittswert (durchschnittlicher SOC) des SOC, und die SOH ist eine Kapazitätsabnahmerate. In 39 steht die horizontale Achse für den Dickenzunahmebetrag (%) und die vertikale Achse für die Kapazitätsabnahmerate (%). Die Steuereinheit 41 berechnet einen Koeffizienten einer Näherungskurve der ersten Beziehung als einen Koeffizienten k.
Wie in 40 gezeigt, wird eine zweite Beziehung zwischen dem SOC-Schwankungsbetrag und dem Koeffizienten k durch Experiment für jeden durchschnittlichen SOC für jede Temperatur erhalten, und die Steuereinheit 41 speichert die zweite Beziehung in der Koeffiziententabelle 146. In 8 stellt die horizontale Achse den SOC (%/Tag) und die vertikale Achse k dar. 40 zeigt einen Fall, in dem die durchschnittliche Temperatur 45°C beträgt. Die Steuereinheit 41 bestimmt den durchschnittlichen SOC, den Betrag der SOC-Schwankung und die durchschnittliche Temperatur und bestimmt den Koeffizienten k unter Bezugnahme auf die zweite in der Koeffiziententabelle 46 gespeicherte Beziehung.
Die Koeffiziententabelle 146 kann den Koeffizienten k als Funktion des durchschnittlichen SOC, des SOC-Schwankungsbetrags und der Durchschnittstemperatur speichern.
Der Koeffizient k kann durch Interpolationsberechnung interpoliert werden.
Wenn der repräsentative SOC der Mittelwert des SOC oder der Modus des SOC ist, speichert die Steuereinheit 41 die zweite Beziehung zwischen dem SOC-Schwankungsbetrag und dem Koeffizienten k in der Koeffiziententabelle 146 für jede Temperatur und für jeden Mittelwert oder Modus des SOC.
Anstatt den Koeffizienten k in der Koeffiziententabelle 46 für jede Temperatur zu speichern, kann die Temperatur auf eine vorbestimmte Temperatur festgelegt werden, um den Koeffizienten k zu erhalten, der Koeffizient k kann in der Koeffiziententabelle 146 gespeichert werden, der Koeffizient k kann auf Grundlage des durchschnittlichen SOC und des SOC-Schwankungsbetrags bestimmt werden, und dann kann der Koeffizient k (T), der einer Temperaturkorrektur durch das Arrhenius-Diagramm unterzogen wird, erhalten werden.
Wenn der Dickensensor Th die Presskraft des Batteriemoduls 3 (Innendruck des Batteriemoduls 3) erfasst, rechnet die Steuereinheit 41 den Presskraftzunahmebetrag in den Dickenzunahmebetrag um und bestimmt den Koeffizienten k auf Grundlage der in der Koeffiziententabelle 146 gespeicherten zweiten Beziehung.
Alternativ wird eine dritte Beziehung zwischen dem Presskraftzunahmebetrag und der Kapazitätsabnahmerate für jede der Vielzahl von durchschnittlichen SOCs und Temperaturen experimentell ermittelt. Die Steuereinheit 41 berechnet einen Koeffizienten einer Näherungskurve der dritten Beziehung als einen Koeffizienten k. Eine vierte Beziehung zwischen dem SOC-Schwankungsbetrag und dem Koeffizienten k wird durch Experimentieren für jeden durchschnittlichen SOC für jede Temperatur erhalten, und die Steuereinheit 41 speichert die vierte Beziehung in der Koeffiziententabelle 146.
Anstatt den Koeffizienten k in der Koeffiziententabelle 146 für jede Temperatur zu speichern, kann die Temperatur auf eine vorbestimmte Temperatur festgelegt werden, um den Koeffizienten k zu erhalten, der Koeffizient k kann in der Koeffiziententabelle 146 gespeichert werden, der Koeffizient k kann basierend auf dem durchschnittlichen SOC und dem SOC-Schwankungsbetrag bestimmt werden, und dann kann der Koeffizient k (T), der einer Temperaturkorrektur durch das Arrhenius-Diagramm unterzogen wird, erhalten werden.
41 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung der Kapazitätsabnahmerate durch die Steuereinheit 41 zeigt.
Die Steuereinheit 41 erfasst die Zeitreihendaten des SOC und der Temperatur (S101). Wie in 42 dargestellt, erfasst die Steuereinheit 41 die Beziehung zwischen der Zeit und dem SOC in der vorbestimmten Periode und die Beziehung zwischen der Zeit und der Temperatur. In 42 stellt die horizontale Achse die Zeit, die linke vertikale Achse den SOC (%) und die rechte vertikale Achse die Temperatur (°C) dar.
Die Steuereinheit 41 ermittelt den durchschnittlichen SOC (%) als repräsentativen SOC und den SOC-Schwankungsbetrag (%/Tag) (S102). Die Steuereinheit 41 kann die Standardabweichung und den Durchschnittswert des SOC auf Grundlage der Zeitreihendaten berechnen und den berechneten Durchschnittswert als den repräsentativen SOC bestimmen. Der Durchschnittswert ist im Wesentlichen gleich dem Mittelwert des SOC.
Die Steuereinheit 41 kann den Ladestartpunkt und den Entladestartpunkt aus den Zeitreihendaten erfassen und einen Zwischenwert des SOC zwischen dem Ladestartpunkt und dem Entladestartpunkt als den Mittelwert des SOC bestimmen.
Die Steuereinheit 41 kann die in 43 gezeigte Frequenzkarte des SOC erstellen und den Modus des SOC als den repräsentativen SOC bestimmen. In 43 stellt die horizontale Achse den SOC (%) und die vertikale Achse die Frequenz dar.
Die Steuereinheit 41 ermittelt die Durchschnittstemperatur auf Grundlage der Zeitreihendaten (S103).
Die Steuereinheit 41 ermittelt den Dickenzunahmebetrag auf Grundlage der vom Dickensensor 11 erfassten Dicke (S104).
Die Steuereinheit 41 liest die Koeffiziententabelle 146 und bestimmt den Koeffizienten k auf Grundlage des ermittelten repräsentativen SOC und SOC-Schwankungsbetrags (S105). Wenn die Steuereinheit 41 feststellt, dass die durchschnittliche Temperatur 45°C beträgt, der durchschnittliche SOC 25% beträgt und der SOC-Schwankungsbetrag 500 (%/Tag) beträgt, beispielsweise in dem Diagramm, in dem der durchschnittliche SOC 25% beträgt, in 8, wird der Koeffizient k gelesen, wenn der SOC-Schwankungsbetrag 500 (%/Tag) beträgt.
Die Steuereinheit 41 berechnet die Kapazitätsabnahmerate (S106) und beendet die Verarbeitung. Wie in 39 gezeigt, wird die Kapazitätsabnahmerate durch eine Funktion des Dickenzunahmebetrags mit dem Koeffizienten k als Faktor dargestellt. Die Steuereinheit 41 setzt den zum Schätzungszeitpunkt erfassten Dickenzunahmebetrag in eine Variable der Funktion ein, um die Kapazitätsabnahmerate zu berechnen.
Wenn die Presskraft des Batteriemoduls 3 durch den Drucksensor erfasst wird, wird die Kapazitätsabnahmerate ähnlich wie oben beschrieben berechnet.
44 ist ein Diagramm, das einen geschätzten Zeitpunkt zeigt, an dem der Dickenzunahmebetrag als verstrichene Zeit erfasst wird, und das eine Beziehung zwischen der verstrichenen Zeit und einer Kapazitätsabnahmerate zeigt, die auf Grundlage des Dickenzunahmebetrags berechnet wird, der in Übereinstimmung mit der verstrichenen Zeit erfasst wird. Die horizontale Achse steht für die Zeit (Tag), die vertikale Achse für die Kapazitätsabnahmerate (%). 44 zeigt auch gemessene Werte der Kapazitätsabnahmeraten zu einer Vielzahl von Zeitpunkten.
Aus 44 ist ersichtlich, dass die Genauigkeit der Schätzung der Kapazitätsabnahmerate durch das Schätzungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform gut ist.
In der vorliegenden Ausführungsform werden der repräsentative SOC und der SOC-Schwankungsbetrag, bei denen es sich um Merkmalswerte der Zeitreihendaten des SOC handelt, und die Durchschnittstemperatur bestimmt, und der Verschleiß des Batteriemoduls 3 wird auf Grundlage des bestimmten repräsentativen SOC, des SOC-Schwankungsbetrags und der Durchschnittstemperatur sowie des erfassten Dickenzunahmebetrags des Batteriemoduls 3 geschätzt. Es ist möglich, den Verschleiß zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Nutzung des Batteriemoduls 3 einfach und genau abzuschätzen, was auch den Fall umfasst, dass das Schwankungsmuster des SOC kompliziert ist.
Auf der Grundlage des geschätzten SOH kann ein zukünftiges Nutzungsverfahren des Batteriemoduls 3 bestimmt werden.
Die für die Schätzung erforderliche Information ist der Merkmalswert und die Formveränderung des Batteriemoduls 3, und es ist nicht notwendig, ein großes Messgerät wie ein Lade-Entlade-Gerät zu verwenden, und die Arbeit und die Kosten können unterdrückt werden.
Da der Verschleiß nur durch eine Formveränderung des Batteriemoduls 3 abgeschätzt werden kann, kann der Verschleiß des Batteriemoduls 3 nur durch die Installation eines Sensors, der eine Dicke, einen Innendruck oder ähnliches erfasst, ständig überwacht werden. Die Berechnung der Schätzung kann vereinfacht werden, und die BMU 4 kann vereinfacht werden.
Die obigen Ausführungsformen sind nicht einschränkend. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll alle Änderungen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs umfassen, die den Ansprüchen entsprechen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Fall beschränkt, in dem die Kapazitätsabnahmerate auf Grundlage der Formveränderung des Batteriemoduls 3 geschätzt wird, und die Kapazitätsabnahmerate kann auf Grundlage der Formveränderung der Zelle 2 geschätzt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Fall beschränkt, dass die Änderung der Presskraft als Formveränderung in dem Zustand geschätzt wird, in dem das Batteriemodul 3 vollständig eingespannt ist. Die Zelle 2 kann sich in einem freien Zustand oder in einem Zwischenzustand befinden. Als Formveränderung kann eine Änderung der Kraft (Reaktionskraft), die sich auf die Außenseite der Zelle 2 ausbreitet, und eine Änderung des Drucks, der auf wenigstens eine Oberfläche der Zelle 2 ausgeübt wird, verwendet werden.
Der SOC-Repräsentativwert ist nicht auf den mittleren SOC beschränkt, und der Temperaturrepräsentativwert ist nicht auf die Durchschnittstemperatur beschränkt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Fall der Schätzung der Kapazitätsabnahmerate als SOH beschränkt, und das Kapazitätserhaltungsverhältnis, der Widerstandswert und dergleichen können geschätzt werden. In diesem Fall wird die Beziehung zwischen dem Dickenzunahmebetrag und dem Kapazitätserhaltungsverhältnis oder dem Widerstandswert experimentell ermittelt, und der Koeffizient der Näherungskurve der Beziehung wird als Koeffizient k berechnet.
Das Schätzungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch auf Lade-Entlade-Systeme, wie beispielsweise mobile Aufbauten, mobile Geräte, Energieerzeugungsanlagen, Energiebedarfsanlagen und regenerative Energiespeicher für die Bahn angewendet werden.
Die Energiespeichervorrichtung ist nicht auf eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie beschränkt. Bei der Energiespeichervorrichtung kann es sich um eine andere Sekundärbatterie, eine Primärbatterie oder eine elektrochemische Zelle wie einen Kondensator handeln.
Wie oben beschrieben, kann ein Algorithmus, bei dem eine C-Rate des Weiteren berücksichtigt wird, mit der Schätzungstechnik kombiniert werden, die in der Ausführungsform gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. Die Schätzung wird unter Berücksichtigung eines weiteren dynamischen Parameters, der C-Rate, durchgeführt, so dass die Schätzungsgenauigkeit verbessert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Lade-Entlade-System
2: Batterie (Energiespeichervorrichtung)
3: Batteriemodul (Energiespeichervorrichtung)
4: BMU
41: Steuereinheit (Bestimmungseinheit, Schätzungseinheit, Vorhersageeinheit)
42, 93: Speichereinheit
43, 94: Dickenerhöhungsbetrag-Berechnungsprogramm
44: Verlaufsdaten
45, 95: erste Ausdehnungskoeffiziententabelle
46, 96: Zweite Ausdehnungskoeffiziententabelle
47, 97: Takteinheit
48, 98: Eingabeeinheit
49, 92: Kommunikationseinheit
5: Spannungssensor
6: Stromsensor
7: Steuervorrichtung
8: Temperatursensor
9: Server
91: Steuereinheit
10: Netzwerk
61, 62: Terminal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016093066 A [0008]
JP 2015060761 A [0008]

Claims

Schätzungsvorrichtung, umfassend: eine Aufnahmeeinheit, die Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung aufnimmt; eine Bestimmungseinheit, die einen Schwankungsbereich des SOC in den Zeitreihendaten und einen SOC-Repräsentativwert bestimmt, der einen SOC-Bereich in dem Schwankungsbereich repräsentiert; und eine Schätzungseinheit, die eine Formveränderung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des ermittelten Schwankungsbereichs und des ermittelten SOC-Repräsentativwerts schätzt.
Schätzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungseinheit einen Ladestartpunkt und einen Entladestartpunkt basierend auf den Zeitreihendaten erfasst und den Schwankungsbereich und den SOC-Repräsentativwert basierend auf dem erfassten Ladestartpunkt und dem erfassten Entladestartpunkt bestimmt.
Schätzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungseinheit auf Grundlage der Zeitreihendaten den Schwankungsbereich und den SOC-Repräsentativwert jedes Mal berechnet, wenn der SOC von einem Startpunkt aus einen Schwellwert erreicht, und den Schwankungsbereich und den SOC-Repräsentativwert bestimmt, die von dem Startpunkt bis zu einem Berechnungszeitpunkt berechnet werden.
Schätzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungseinheit eine Standardabweichung und einen Durchschnittswert des SOC auf Grundlage der Zeitreihendaten berechnet und die berechnete Standardabweichung und den Durchschnittswert als den Schwankungsbereich und den SOC-Repräsentativwert bestimmt.
Schätzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungseinheit eine Wellenform der Schwankung des SOC in den Zeitreihendaten in eine Frequenzkomponente umwandelt und eine Amplitude der umgewandelten Frequenzkomponente als Schwankungsbereich und eine Frequenz als Schwankungsbetrag des SOC bestimmt.
Schätzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schätzungseinheit einen Ausdehnungskoeffizienten auf Grundlage des ermittelten Schwankungsbereiches und des ermittelten SOC-Repräsentativwertes unter Bezugnahme auf eine Beziehung zwischen dem Schwankungsbereich, dem SOC-Repräsentativwert und dem Ausdehnungskoeffizienten bestimmt und die Formveränderung auf Grundlage des ermittelten Ausdehnungskoeffizienten und eines Schwankungsbetrages des SOC oder der Zeit schätzt.
Schätzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schätzungseinheit die Formveränderung der Energiespeichervorrichtung zum Zeitpunkt der Energetisierung auf Grundlage des Schwankungsbereichs und des SOC-Repräsentativwerts berechnet und die Formveränderung durch Addieren einer zeitlichen Formveränderung der Energiespeichervorrichtung zu der berechneten Formveränderung schätzt.
Schätzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, des Weiteren umfassend eine Vorhersageeinheit, die eine verbleibende Lebensdauer der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage der von der Schätzungseinheit geschätzten Formveränderung vorhersagt.
Schätzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Formveränderung Informationen über den Druck umfasst, der auf wenigstens eine Oberfläche der Energiespeichervorrichtung ausgeübt wird.
Schätzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Aufnahmeeinheit eine Temperatur der Energiespeichervorrichtung in einem Abschnitt erfasst, der dem SOC-Bereich entspricht, wobei die Bestimmungseinheit einen repräsentativen Temperaturwert bestimmt, der die Temperatur des Abschnitts repräsentiert, und wobei die Schätzungseinheit die Formveränderung auf Grundlage des für die Temperatur repräsentativen Wertes schätzt.
Schätzungsverfahren, umfassend: Erfassen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; Bestimmen eines Schwankungsbereichs des SOC in den Zeitreihendaten und eines SOC-Repräsentativwerts, der einen SOC-Bereich in dem Schwankungsbereich darstellt; und Schätzung einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des ermittelten Schwankungsbereichs und des ermittelten repräsentativen Werts.
Computerprogramm, das einen Computer veranlasst, eine Verarbeitung auszuführen zum: Erfassen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; Bestimmen eines Schwankungsbereichs des SOC in den Zeitreihendaten und eines SOC-Repräsentativwerts, der einen SOC-Bereich in dem Schwankungsbereich darstellt; und Schätzen einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten Schwankungsbereichs und des bestimmten repräsentativen Werts.
Computerprogramm, das einen Computer veranlasst, eine Verarbeitung auszuführen zum: Schätzen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; Bestimmen eines Schwankungsbereichs des SOC in den geschätzten Zeitreihendaten und eines SOC-Repräsentativwerts, der einen SOC-Bereich in dem Schwankungsbereich darstellt; und Schätzen einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten Schwankungsbereichs und des bestimmten repräsentativen Werts.
Computerprogramm nach Anspruch 13, das einen Computer veranlasst, eine Verarbeitung zur Auslegung der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage der geschätzten Formveränderung durchzuführen.
Schätzungsvorrichtung, umfassend: eine erste Aufnahmeeinheit, die Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung aufnimmt; eine zweite Aufnahmeeinheit, die eine Formveränderung der Energiespeichervorrichtung aufnimmt; eine Bestimmungseinheit, die einen repräsentativen Wert des SOC in einer vorbestimmten Periode der Zeitreihendaten und einen SOC-Schwankungsbetrag bestimmt; und eine Bestimmungseinheit, die den Verschleiß der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten repräsentativen Werts, des bestimmten SOC-Schwankungsbetrags und der erfassten Formveränderung schätzt.
Schätzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schätzungseinheit einen Koeffizienten auf Grundlage des ermittelten repräsentativen Werts und des ermittelten SOC-Schwankungswerts unter Bezugnahme auf eine Beziehung zwischen dem repräsentativen Wert, dem SOC-Schwankungswert und dem Koeffizienten bestimmt und den Verschleiß auf Grundlage des ermittelten Koeffizienten und der erfassten Formveränderung schätzt.
Schätzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, des Weiteren umfassend eine dritte Aufnahmeeinheit, die eine Temperatur der Energiespeichervorrichtung in einem Zeitraum erfasst, in dem die Zeitreihendaten erfasst werden, wobei die Bestimmungseinheit einen für die Temperatur repräsentativen Wert auf Grundlage der erfassten Temperatur bestimmt, und wobei die Schätzungseinheit den Verschleiß auf Grundlage des bestimmten repräsentativen Temperaturwerts schätzt.
Schätzungsverfahren, umfassend: Erfassen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; Erfassen einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung; Bestimmen eines repräsentativen Werts des SOC in einer vorbestimmten Periode der Zeitreihendaten und eines SOC-Schwankungswerts; und Abschätzen des Verschleißes der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten repräsentativen Wertes, des bestimmten SOC-Schwankungsbetrags und der erfassten Formveränderung.
Computerprogramm, das einen Computer veranlasst, eine Verarbeitung auszuführen zum: Erfassen von Zeitreihendaten eines SOC in einer Energiespeichervorrichtung; Erfassen einer Formveränderung der Energiespeichervorrichtung; Bestimmen eines repräsentativen Werts des SOC in einer vorbestimmten Periode der Zeitreihendaten und eines SOC-Schwankungswerts; und Abschätzen des Verschleißes der Energiespeichervorrichtung auf Grundlage des bestimmten repräsentativen Wertes, des bestimmten SOC-Schwankungsbetrags und der erfassten Formveränderung.