DE19818443C2

DE19818443C2 - Vorrichtung zur Vermeidung einer Schädigung einer Lithium-Sekundärbatterie

Info

Publication number: DE19818443C2
Application number: DE19818443A
Authority: DE
Inventors: Noboru Sato; Kazuhiro Araki; Naoki Maruno
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2018-04-25
Also published as: JPH10302844A; DE19818443A1; US6008626A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Technik der Vermeidung einer Schädigung einer reversiblen Kapazität, welche auftritt, wenn eine Lithium- Sekundärbatterie, die voll aufgeladen ist und eine hohe Spannung aufweist, für einen langen Zeitabschnitt stehengelassen wird, und betrifft insbesonde re eine Vorrichtung zur Vermeidung einer Schädigung einer Lithium- Sekundärbatterie zum Gebrauch in einem Elektrofahrzeug, welches eine solche Lithium-Sekundärbatterie als elektrische Energiequelle verwendet.

Es ist im Stand der Technik festgestellt worden, daß Lithium-Sekundärbatte rien im Gegensatz zu anderen Sekundärbatterien, wie z. B. Nickelwasser stoff-Sekundärbatterien, eine irreversible Schädigung erleiden, die darin besteht, daß die Kapazität bei voller Aufladung (reversible Kapazität) einer Lithium-Sekundärbatterie verringert wird, wenn die Spannung an der Lithium-Sekundärbatterie größer als eine Nennspannung (normalerweise 3,6 V bei Raumtemperatur) ist, wenn die Lithium-Sekundärbatterie während oder nach dem Aufladen stehengelassen wird.

Man vermutet, daß die irreversible Schädigung auftritt, weil die Kathode (aus Kohlenstoff) der Lithium-Sekundärbatterie mit einer Schicht aus Lithiumcarbonat (LiCO₃) bedeckt wird. Obwohl die Familie der Lithium- Sekundärbatterien verschiedene Arten von Lithium-Sekundärbatterien einschließlich Lithium-Kobaltat-Sekundärbatterien, Manganat-Lithium- Kobaltat-Sekundärbatterien etc., enthält und sie in unterschiedlichem Maß geschädigt werden, tritt die irreversible Schädigung doch in all diesen Arten von Lithium-Sekundärbatterien auf.

Lithium-Sekundärbatterien finden sich als elektrische Energiequelle beispielsweise in Elektrofahrzeugen. Bei einer solchen Verwendung enthält die Instrumententafel der Elektrofahrzeuge eine Restkapazitätsanzeige als Gegenstück zur Tankanzeige in kraftstoffgetriebenen Automobilen, die durch Verbrennungsmotoren angetrieben werden.

Die Restkapazitätsanzeige umfaßt beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige einheit zur Anzeige von Balkensäulen, die die Restkapazität von Lithium- Sekundärbatterien im Bereich zwischen einem Leerpegel und einem voll aufgeladenen Pegel anzeigen.

Restkapazitätsanzeigen in Elektrofahrzeugen müssen bei der Anzeige der Restkapazität genau sein. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat ein Verfahren zur Berechnung eines Grads der Schädigung einer bei hoher Spannung aufgeladenen Lithium-Sekundärbatterie vorgeschlagen, um ihre Restkapazität zu korrigieren, d. h. die Restkapazität zu verringern, wenn festgestellt wird, daß die Lithium-Sekundärbatterie bei der hohen Spannung stehengelassen wird, so daß sich die Restkapazität der Lithium-Sekundär batterie genau bestimmen läßt. Für Einzelheiten wird auf die japanische Patentoffenlegungsschrift 10-142302 (1998) verwiesen.

Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, eine Verringerung der Kapazität der Lithium-Sekundärbatterie, die auf den Grad der irrever siblen Schädigung der bei hoher Spannung aufgeladenen Lithium-Sekundär batterie zurückzuführen ist, genau zu berechnen, um damit die Restkapazi tät der Lithium-Sekundärbatterie sehr genau zu ermitteln.

Allerdings ist das vorgeschlagene Verfahren nicht in der Lage, eine Schädi gung der Lithium-Sekundärbatterie bei der hohen Spannung zu vermeiden, obwohl es die Restkapazität der Lithium-Sekundärbatterie genau ermitteln kann, um ihre Kapazität bei voller Aufladung zu korrigieren.

Aus J. Electrochem. Soc., Vol. 143, No. 12, Dez. 1996, Seiten 3992 bis 3996 ist ein elektrochemischer Überladungsschutz für wiederaufladbare Lithiumpolymerelektrolyt-Batterien bekannt. Das Grundprinzip eines der artigen elektrochemischen Überladungsschutzes besteht darin, dem Elek trolyten einer wiederaufladbaren Batterie bestimmte Zusatzstoffe hinzuzufü gen, deren Oxidationsschwelle im Bereich der maximal zulässigen Batterie spannung liegt. Wird diese Spannung beim Aufladen der Batterie über schritten, so beginnen diese Zusatzstoffe an Redox-Reaktionen teilzuneh men, die zu einem "inneren Kurzschluß" zwischen den Elektroden der Batterie führen und somit eine Teilentladung bewirken, bis die Spannung der Batterie auf einen zulässigen Wert abgefallen ist, bei dem die Redox- Reaktionen der Zusatzstoffe enden.

Gemäß diesem Artikel sind einem derartigen Überladungsschutz jedoch Grenzen gesetzt: Aus Gründen der Reaktionspotentiale erscheint es den Autoren unwahrscheinlich, daß ein geeigneter Zusatzstoff für eine Batterie mit flüssigem Elektrolyten und einer Lithium- oder Lithium-Kohlenstoff- Elektrode gefunden werden kann.

Darüber hinaus offenbart dieser Artikel zwar Zusatzstoffe, die das ge wünschte Redox-Verhalten bei bestimmten Batterien mit festen Polymer elektrolyten zeigen, jedoch wird gleichzeitig ein Kapazitätsabfall der Batterie bei normalen Lade- und Entladevorgängen beobachtet. Dieser Kapazitäts abfall wird auf ein unvollständiges Aufladen beim Vorliegen der Zusatzs stoffe oder auf eine teilweise Selbstentladung durch die Redox-Reaktionen der Zusatzstoffe zurückgeführt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Vermeidung einer Schädigung einer Lithium-Sekundärbatterie bei hoher anliegender Spannung anzugeben, welche Vorrichtung unabhänig von den elektrochemischen Eigenschaften des Batterie-Elektrolyten und ohne Beein trächtigung der Kapazität der Batterie wirksam ist.

Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des An spruchs 1 sowie von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung an.

Die Erfindung wird im Folgenden in Verbindung mit den begleitenden Zeich nungen erläutert, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Elektrofahrzeugs mit eingebauter erfindungsgemäßer Vorrichtung zur Vermeidung einer Schädigung einer Lithium-Sekundärbatterie;

Fig. 2 ist ein Flußdiagramm eines Arbeitsablaufs der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das verschiedene Zwangsentladungsraten zeigt; und

Fig. 4 ist eine Zeittafel zur Erläuterung des Arbeitsablaufs der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt in einem Blockdiagramm ein Elektrofahrzeug 10 mit eingebau ter erfindungsgemäßer Vorrichtung zur Vermeidung einer Schädigung einer Lithium-Sekundärbatterie.

Wie in Fig. 1 gezeigt, hat das Elektrofahrzeug 10 eine Hochspannungs batterie 12, die eine hohe Nennspannung von +288 V zwischen ihrem Anoden- und Kathodenanschluß aufweist. Die Batterie 12 umfaßt beispiels weise 80 in Reihe geschaltete Lithium-Sekundärzellen, die jeweils eine Nennspannung von +3,6 V haben. Ein Spannungssensor (Spannungser mittlungsvorrichtung) 14 ist an die Batterie 12 zur Ermittlung ihrer Batteriespannung Vb angeschlossen. Ein Stromsensor (Stromermittlungsvor richtung) 16 ist an die Batterie 12 zur Ermittlung ihres Batteriestroms Ib angeschlossen. Ein Temperatursensor (Temperaturermittlungsvorrichtung) 18 ist an der Batterie 12 zur Ermittlung ihrer Temperatur Tb angebracht. Die Batterie 12 wird auch als Lithium-Sekundärbatterie bezeichnet.

Zwischen den Anoden- und Kathodenanschlüssen der Batterie 12 sind angeschlossen ein Gleichspannungswandler 22 zum Aufladen einer 12 V Hilfsbatterie 20, eine Motorantriebseinheit (PDU) (Power Drive Unit) 26 zum Einschalten eines eine Last für die Batterie 12 darstellenden Antriebsmotors 24 entsprechend einem PWM- (Pulsweitenmodulation-) Kontrollvorgang, ein Entladungskreis (Entladungsvorrichtung) 32, umfassend einen Widerstand 28 und einen Schalter 30, und ein Batterieladegerät 33, welches sich zum Aufladen der Batterie 12 an eine Wechselstromquelle (nicht gezeigt) anschließen läßt.

Das Elektrofahrzeug 10 besitzt auch eine elektrische Kontrolleinheit ECU (Electric Control Unit) 36, die als Kontroll-, Entscheidungs-, Verarbeitungs-, Rechen- und Zeitmeßvorrichtung (Zeitgeber 38) betrieben werden kann. Die ECU 36 ist ein Mikrocomputer, umfassend eine Zentralrechnereinheit CPU (Central Processing Unit), einen als Speicher dienenden ROM zum Speichern eines Systemprogramms, eines Anwendungsprogramms zur Vermeidung einer Schädigung einer Lithium-Sekundärbatterie bei hoher Spannung und einer Tabelle, ferner umfassend einen als Arbeitsspeicher zum Speichern temporärer Daten dienenden RAM, einen Zeitgeber (Zeitmeßvorrichtung) 38 zum Zeitmessen, und Eingabe/Ausgabeschnittstellen, die einen Analog/Digital-Wandler und einen Digital/Analog-Wandler umfassen. Im RAM gespei cherte Daten werden durch die Hilfsbatterie 20 gesichert (back up), die der ECU 36 als Stromversorgung dient.

Die ECU 36 bekommt die Batteriespannung Vb (V) vom Spannungssensor 14 bereitgestellt, den Batteriestrom Ib (A) vom Stromsensor 16, die Batterietemperatur Tb (°C) vom Temperatursensor 18, ein als Ein/Aus- Signal erzeugtes Zündsignal Ig von einem Zündschalter (Betriebswahlvor richtung) 40, ein Beschleunigeröffnungssignal θap (°C) von einem Gaspedal 42, ein als Ein/Aus-Signal erzeugtes Ladeanweisungssignal Chg von einem Ladeanweisungsschalter 44 und ein Drehgeschwindigkeitssignal Nm (U/min) von einem am Antriebsmotor 24 angebrachten Codierer. In dem Elektrofahr zeug 10 wirkt der Zündschalter 40 als ein Ein/Aus-Schalter zum Erzeugen eines Ein/Aus-Signals, um Lasten einschließlich des Antriebsmotors 24 ein- und auszuschalten.

Auf Grundlage der bereitgestellten Signale kontrolliert die ECU 36 die PDU 26 zur Bestimmung eines vom Antriebsmotor 24 zu erzeugenden Ausgabe drehmoments, bestimmt einen Pegel für ein Öffnungs/Schließkontrollsignal Sd für den Schalter 30 des Entladekreises 32, bestimmt eine auf der Restkapazitätsanzeige 46 anzuzeigende Restkapazität und steuert/regelt die Betriebsweise des Batterieladegeräts 33.

Ein von der ECU 36 zur Vermeidung einer Schädigung der Batterie 12 durchgeführter Arbeitsablauf wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben.

In einem Schritt S1 entscheidet die ECU 36 auf Grundlage des Pegels des Zündsignals Ig, ob der Zündschalter 40 ein- oder ausgeschaltet ist. Wenn das Zündsignal Ig nicht Ig = 0 ist, dann ist das Elektrofahrzeug entweder in Betrieb oder betriebsbereit, und die Batterie 12 wird momentan entladen.

Während die Batterie 12 entladen wird, wird in einem Schritt S2 ein Entladestrom aus der Batterie 12 durch den Stromsensor 16 als Batterie strom Ib ermittelt. Die ECU 36 berechnet eine Restkapazität der Batterie 12 entsprechend der folgenden Gleichung (1):

Restkapazität ← Restkapazität - entladene Kapazität (1)

Entsprechend der Gleichung (1) wird eine augenblickliche Restkapazität auf der linken Seite des Symbols ← berechnet, indem eine entladene Kapazität (Batteriestrom Ib × eine vorbestimmte Entladungszeit) von der vorhergehen den, im RAM gespeicherten Restkapazität subtrahiert wird. Die Gleichung (1) zeigt, daß die im RAM gespeicherten Daten von der Restkapazität auf der rechten Seite des Symbols ← auf die Restkapazität auf der linken Seite des Symbols ← aktualisiert werden. Alle nachfolgend beschriebenen, das Symbol ← beinhaltenden Gleichungen verstehen sich als Angabe des gleichen Vorgangs.

Auf Grundlage der berechneten Restkapazität wird in einem Schritt S4 die auf der Restkapazitätsanzeige 46 angezeigte Restkapazität aktualisiert. Das Kontrollprogramm kehrt vom Schritt S4 zum Schritt S1 zurück.

Wenn das Zündsignal Ig im Schritt S1 Ig = 0 ist (Aus-Signal), wodurch angezeigt wird, daß das Elektrofahrzeug nicht in Betrieb ist, entscheidet die ECU 36 auf Grundlage des Pegels des Ladeanweisungssignals Chg vom Ladeanweisungsschalter 44 in einem Schritt S11, ob die Batterie 12 momentan geladen wird. Wenn das Ladeanweisungssignal Chg Chg = 1 ist, führt die ECU 36 einen Batterieladevorgang durch.

In dem Batterieladevorgang liest die ECU 36 in einem Schritt S12 die Batteriespannung Vb, den Batteriestrom Ib als Ladestrom und die Batterie temperatur Tb aus.

Die ECU 36 berechnet dann in einem Schritt S13 eine Restkapazität entsprechend der folgenden Gleichung (2):

Restkapazität ← Restkapazität + geladene Kapazität × Ladeeffizienz (2)

Entsprechend der Gleichung (2) wird eine momentane Restkapazität auf der linken Seite des Symbols ← berechnet als Summe einer vorhergehenden, im RAM gespeicherten Restkapazität und des Produkts aus einer geladenen Kapazität (Batteriestrom Ib × eine vorbestimmte Ladezeit) und einer Ladeeffizienz (die eine von der Batterietemperatur Tb abhängende Konstante ist und beispielsweise zwischen 0,9 und 0,95 liegt). Gleichung (2) zeigt, daß die im RAM gespeicherten Daten von der Restkapazität auf der rechten Seite des Symbols ← auf die Restkapazität auf der linken Seite des Symbols ← aktualisiert werden.

Dann entscheidet die ECU 36 in einem Schritt S14, ob die Aufladung der Batterie 12 abgeschlossen ist oder nicht, d. h. ob die Batterie 12 voll aufgeladen ist oder nicht. Der Zustand voller Aufladung kann festgestellt werden, indem man die Rate ermittelt, mit der die Batterietemperatur steigt (beispielsweise eine erste Zeitableitung dTb/dt der Batterietemperatur Tb) oder die Rate ermittelt, mit der die Batteriespannung steigt (beispielsweise eine erste Zeitableitung dVb/dt der Batteriespannung Vb), wie z. B. in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 8-331769 offenbart ist.

Wenn die Batterie 12 voll aufgeladen ist, beendet die ECU 36 in einem Schritt S15 die Aufladung der Batterie 12 und berechnet und zeigt in dem Schritt S4 eine Restkapazität auf der Restkapazitätsanzeige 46 an. Wenn die Batterie 12 im Schritt S14 nicht voll aufgeladen ist, lädt die ECU 36 weiterhin die Batterie 12 auf und berechnet und zeigt im Schritt S4 eine Restkapazität auf der Restkapazitätsanzeige 46 an. In jedem Fall kehrt das Kontrollprogramm vom Schritt S4 zum Schritt S1 zurück.

Wenn das Elektrofahrzeug nicht in Betrieb ist (JA im Schritt S1) und die Batterie 12 momentan nicht geladen wird (JA im Schritt S11), führt die ECU 36 ein Batterieschädigungsvermeidungsprogramm aus, das mit einem Schritt S21 beginnt.

In dem Batterieschädigungsvermeidungsprogramm liest die ECU 36 die Batteriespannung Vb aus und entscheidet im Schritt S21, ob die Batterie spannung Vb Vb ≧ 4 V ist. Die Spannung von 4 V stellt die Kapazität jeder Lithium-Sekundärzelle dar. Da die Nennspannung einer Lithium-Sekundär zelle 3,6 V beträgt, beläuft sich die im Schritt S21 zu vergleichende Batteriespannung Vb tatsächlich auf einen Wert, der durch Division der ausgelesenen Batteriespannung Vb durch die Anzahl von Lithium-Sekundär zellen, nämlich 80, erhalten wird.

Die Spannung von 4 V stellt auch eine vorbestimmte Schwellenspannung dar, ab der man eine Schädigung der Lithium-Sekundärzellen, d. h. eine irreversible Verringerung der Kapazität, erwartet. Auf die Schwellen spannung von 4 V wird auch Bezug genommen als Vth = 4 V.

Zum vollen Aufladen der Batterie 12 wird jede der Lithium-Sekundärzellen bei einer hohen Spannung von beispielsweise 4,2 V aufgeladen.

Wenn die Batteriespannung Vb im Schritt S21 Vb < 4 V ist, verläßt das Kontrollprogramm das Batterieschädigungsvermeidungsprogramm und geht zum Schritt S4, in dem die ECU 36 eine Restkapazität berechnet und auf der Restkapazitätsanzeige 46 anzeigt. Danach kehrt das Kontrollprogramm vom Schritt S4 zum Schritt S1 zurück.

Wenn die Batteriespannung Vb im Schritt S21 Vb ≧ 4 V ist, wodurch eine hohe Spannung der Batterie 12 angezeigt ist, liest die ECU 36 die Batterie temperatur Tb aus und entscheidet in einem Schritt S22, ob die Batterietem peratur Tb ≧ 0°C ist. Wenn Tb < 0°C ist, springt das Kontrollprogramm zum Schritt S4, da die Batterie 12 bei der hohen Spannung nicht geschädigt wird.

Wenn Tb ≧ 0°C ist, liest die ECU 36, da bei der hohen Spannung eine Schädigung der Batterie 12 wahrscheinlich ist, aus dem Zeitgeber 38 eine Zeit LT aus, während der die Batterie 12 bei der hohen Spannung stehenge lassen worden ist, und entscheidet in einem Schritt S23, ob die Still standzeit LT ≧ 0,1 H (H: Stunden) ist.

Wenn LT ≧ 0,1 H ist, bestimmt die ECU 36, daß eine Schädigung der Batterie 12 bei der hohen Spannung beginnen wird, und entlädt in einem Schritt S24 die Batterie 12 zwangsweise, um eine Schädigung der Batterie 12 zu vermeiden. Insbesondere ändert die ECU 36 das Öffnungs/Schließ- Kontrollsignal Sd von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel und schließt somit den Schalter 30. Die Batterie 12 wird nun über den Widerstand 28 und den Schalter 30 entladen.

Die ECU 36 bestimmt sogar unter Bezugnahme auf eine Tabelle 50 von Zwangsentladungsraten (siehe Fig. 3) den Batteriestrom (Zwangsentla dungsstrom) Ib, der aus der Batterie 12 fließt, wenn sie zwangsweise entladen wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der Zwangsentladungsstrom Ib umso größer, je höher die Batterietemperatur Tb ist (Tb3 < Tb2 < Tb1) und je weiter die Batteriespannung (Stillstandspannung) Vb oberhalb von Vb = 4,0 V liegt. Die Tabelle 50 von Zwangsentladungsraten ist als Tabelle im ROM oder als Rechenformel im ROM gespeichert. Für die eigentliche Veränderung des Zwangsentladungsstroms Ib ist eine Mehrzahl von Gruppen von Widerständen 28 mit verschiedenen Werten, d. h. verschiede nen Gewichtungen 1, 2, 4, 8, . . ., und hiermit in Reihe verbundenen Schaltern 30 parallel zueinander zwischen den Anoden- und Kathodenan schlüssen der Batterie 12 verbunden und wird selektiv durch Öffnungs/Schließ-Kontrollsignale Sd von der ECU 36 betätigt.

Wenn die Batterie 12 zwangsweise entladen wird, berechnet die ECU 36 eine Restkapazität entsprechend der folgenden Gleichung (3):

Restkapazität ← Restkapazität - Zwangsentladungsstrom × Entla dungszeit (3)

In Gleichung (3) werden der Zwangsentladungsstrom durch den Stromsen sor 16 und die Entladungszeit durch den Zeitgeber 38 ermittelt. An schließend geht das Kontrollprogramm zum Schritt S4 und dann zurück zum Schritt S1.

Das obige, von der ECU 36 durchgeführte Verfahren wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben.

Das Elektrofahrzeug ist während eines Zeitabschnitts von einer Zeit t0 bis zu einer Zeit t1 in Betrieb. In diesem Zeitabschnitt nimmt die Batteriespan nung Vb allmählich ab, und die Restkapazität verringert sich entsprechend Gleichung (1). Die Batterie 12 wird während eines Zeitabschnitts von der Zeit t1 bis zu einer Zeit t2 aufgeladen. In diesem Zeitabschnitt wird die Restkapazität entsprechend Gleichung (2) integriert. Zwischen der Zeit t1 und der Zeit t2 übersteigt die Batteriespannung Vb die Schwellenspannung Vth, bei der eine Schädigung der Batterie 12 beginnt, aber die Batterie 12 wird nicht zwangsweise entladen, da die Batterie 12 beim Aufladen keinen Schaden erleidet. Zur Zeit t2 ist die Batterie 12 voll aufgeladen. Wenn die Batterie 12 anschließend stehengelassen wird, beginnt die Zwangsentladung der Batterie 12, und die Restkapazität verringert sich entsprechend Gleichung (3). Wenn die Batterie 12 nach dem vollen Aufladen stehengelassen wird, wird sie zwangsweise entladen, bis die Batteriespannung Vb auf den Schwellenwert Vth fällt.

Zu einer Zeit t3 wird das Elektrofahrzeug wieder in Betrieb genommen. Während eines Zeitabschnitts von der Zeit t3 bis zu einer Zeit t4 verringert sich die Restkapazität entsprechend Gleichung (1). Zu einer Zeit t4 beginnt die Batterie 12 aufgeladen zu werden. Zu einer Zeit t5 beginnt die nicht voll aufgeladene Batterie 12 stehengelassen zu werden. Da die Batteriespannung Vb die Schwellenspannung Vth nicht übersteigt, wird die Batterie 12 während eines Zeitabschnitts von der Zeit t5 bis zu einer Zeit t6 nicht zwangsweise entladen.

Wenn in der obigen Ausführungsform, wie oben beschrieben, festgestellt wird, daß die Batterie 12, welche Lithium-Sekundärzellen enthält, die irreversibel geschädigt werden, wenn sie nach Aufladung auf eine hohe Spannung stehengelassen werden, nach Aufladung auf eine hohe Spannung stehengelassen wird, so wird die Batterie 12 mit einem Strom zwangsweise entladen, der kleiner als ein Entladungsstrom ist, der beim tatsächlichen Betrieb des Elektrofahrzeugs fließt (beispielsweise während des Zeitab schnitts von der Zeit t0 bis zur Zeit t1), wie aus einem schwachen Gefälle der Restkapazitätskurve von der Zeit t2 bis zur Zeit t3 ersichtlich ist, so daß eine Schädigung der Batterie 12 in Hinsicht auf die voll aufgeladene Kapazität (reversible Kapazität) vermieden wird. Sogar während einer Zwangsentladung der Batterie 12 wird ihre Restkapazität berechnet oder korrigiert, und daher ist die auf der Restkapazitätsanzeige 46 angezeigte Restkapazität jederzeit genau.

Im Schritt S21 des Batterieschädigungsvermeidungsprogramms entscheidet die ECU 36, ob oder ob nicht die Batterie 12 eine hohe Spannung besitzt, indem sie entscheidet, ob oder ob nicht die Batteriespannung Vb größer oder gleich der Schwellenspannung Vth ist. Allerdings kann die ECU 36 auch entscheiden, ob oder ob nicht die Restkapazität der Batterie 12, welche mit der hohen Spannung der Batterie 12 eng verknüpft ist, größer oder gleich einem vorbestimmten Restkapazitätsniveau ist. Insbesondere kann die ECU 36 im Schritt S21 auch entscheiden, ob oder ob nicht die Restkapazität der Batterie 12 größer oder gleich 80% (vorbestimmtes Restkapazitätsniveau) der voll aufgeladenen Kapazität der Batterie 12 ist.

Die ECU 36 kann im Schritt S1 auch entscheiden, ob die Batterie 12 stehengelassen worden ist, indem sie den Batteriestrom Ib anstelle des Zündsignals Ig überprüft.

Insbesondere kann die ECU 36 bestimmen, daß die Batterie 12 stehengelas sen worden ist (JA im Schritt S1), wenn der Batteriestrom (Entladungs- oder Ladungsstrom) Ib kleiner als ein vorbestimmter Strom Is ist (Ib < Is).

Anstatt den Entladungsstrom durch den Widerstand 28 zu leiten, um bei der Zwangsentladung der Batterie 12 im Schritt S24 Wärme abzugeben, kann darüber hinaus der Entladungsstrom einem elektrischen Energiespeicher zugeführt werden, der anstelle des Widerstands 28 angeschlossen ist. Insbesondere kann der elektrische Energiespeicher einen Kondensator (mit elektrostatischer Kapazität), eine auf ein verhältnismäßig niedriges Niveau aufgeladene Lithium-Sekundärbatterie, eine Bleibatterie oder ähnliches umfassen. Die auf diese Weise in dem elektrischen Energiespeicher durch den Entladungsstrom aus der zwangsweise entladenen Batterie 12 gespeicherte elektrische Energie kann wirksam als elektrische Energie zum Einschalten des Antriebsmotors 24 genutzt werden.

Mit der oben beschriebenen Gestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Lithium-Sekundärbatterie zwangsweise entladen, wenn die Lithium- Sekundärbatterie nach Aufladung auf eine hohe Spannung zu einer Schädung neigt. Daher wird die Lithium-Sekundärbatterie nach einer vollständigen oder nahezu vollständigen Aufladung nicht stehengelassen, und eine Schädigung damit vermieden.

Folglich hat die Lithium-Sekundärbatterie eine längere Lebensdauer.

Die Lithium-Sekundärbatterie kann eine einzelne Lithium-Sekundärzelle ebenso wie eine Mehrzahl von Lithium-Sekundärzellen umfassen.

Zusammenfassend kann die Erfindung wie folgt beschrieben werden:
Wenn eine in Reihe geschaltete Lithium-Sekundärzellen umfassende Batterie (12) auf eine hohe Spannung aufgeladen wird, läßt sich eine irreversible Schädigung der Kapazität der Batterie (12) vermeiden. Wenn ein von einem Stromsensor (16) ermittelter Batteriestrom (Ib) klein ist und eine von einem Spannungssensor (14) ermittelte Batteriespannung (Vb) auf einem Pegel (4,0 V) oberhalb einer Nennspannung (3,6 V) jeder Lithium-Sekundärzelle liegt, wird ein Schalter (30) geschlossen, um einen Widerstand (28) mit der Batterie (12) zu verbinden und damit die Batterie (12) zwangsweise zu entladen. Die Spannung (Vb) an der Batterie (12) wird dadurch erniedrigt, um ein Stehenlassen der Batterie (12) (Batterie ohne Last) bei einer hohen Spannung zu vermeiden, und dadurch wird eine irreversible Schädigung der Kapazität der Batterie (12) vermieden.

Claims

1. Vorrichtung zur Vermeidung einer Schädigung einer Lithium-Sekun därbatterie, umfassend:
die Lithium-Sekundärbatterie (12);
eine Stillstandermittlungsvorrichtung (36) zur Ermittlung, ob die Lithium-Sekundärbatterie (12) stehengelassen worden ist;
eine Restkapazitätsermittlungsvorrichtung (36) zur Ermittlung der Restkapazität der Lithium-Sekundärbatterie (12);
eine Restkapazitätsvergleichsvorrichtung (36) zum Vergleichen der durch die Restkapazitätsermittlungsvorrichtung (36) ermittelten Restkapazität mit einer vorbestimmten Restkapazität, bei der eine Schädigung der Lithium-Sekundärbatterie (12) erwartet wird, wenn die Stillstandermittlungsvorrichtung (36) feststellt, daß die Lithium- Sekundärbatterie (12) stehengelassen worden ist; und
eine Entladungsvorrichtung (32) zum Entladen der Lithium-Sekundär batterie (12), wenn die durch die Restkapazitätsermittlungsvorrich tung (36) ermittelte Restkapazität größer als die vorbestimmte Rest kapazität ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Stillstandermittlungsvor richtung (36) eine Vorrichtung umfaßt zur Ermittlung, ob die Lithium- Sekundärbatterie (12) stehengelassen worden ist, wenn ein Signal (Ig) abgeschaltet ist, welches die Zufuhr elektrischer Energie von der Lithium-Sekundärbatterie (12) zu einer angeschlossenen Last (24) anzeigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend:
eine Temperaturermittlungsvorrichtung (18) zur Ermittlung der Batte rietemperatur der Lithium-Sekundärbatterie (12); und
eine Zeitmeßvorrichtung (38) zum Messen der Zeit;
wobei die Entladungsvorrichtung (32) Vorrichtungen umfaßt zum Kontrollieren der Zeitmeßvorrichtung (38), um einen vorbestimmten Zeitabschnitt zu messen, wenn die durch die Restkapazitätsermitt lungsvorrichtung (36) ermittelte Restkapazität größer als die vorbe stimmte Restkapazität ist und auch wenn die durch die Temperatu rermittlungsvorrichtung (18) ermittelte Batterietemperatur höher als eine Temperatur ist, bei der eine Schädigung der Lithium-Sekundär batterie (12) wahrscheinlich ist, und zum Entladen der Lithium-Se kundärbatterie (12), wenn der vorbestimmte Zeitabschnitt ver streicht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend:
eine Temperaturermittlungsvorrichtung (18) zur Ermittlung der Batte rietemperatur der Lithium-Sekundärbatterie (12);
wobei die Entladungsvorrichtung (32) eine Vorrichtung umfaßt, um einen Entladungsstrom, mit dem die Lithium-Sekundärbatterie (12) entladen wird, im Verhältnis zur ermittelten Restkapazität und/oder zur ermittelten Batterietemperatur zu erhöhen, wenn die durch die Restkapazitätsermittlungsvorrichtung (36) ermittelte Restkapazität größer als die vorbestimmte Restkapazität ist und auch, wenn die durch die Temperaturermittlungsvorrichtung (18) ermittelte Batterie temperatur höher als eine Temperatur ist, bei der eine Schädigung der Lithium-Sekundärbatterie (12) wahrscheinlich ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend:
einen elektrischen Energiespeicher, der zur Speicherung elektrischer Energie angeschlossen ist, die aus der Lithium-Sekundärbatterie (12) durch die Entladungsvorrichtung entladen wird.

6. Vorrichtung zur Vermeidung einer Schädigung einer Lithium-Sekun därbatterie, umfassend:
die Lithium-Sekundärbatterie (12);
eine Stillstandermittlungsvorrichtung (36) zur Ermittlung, ob die Lithium-Sekundärbatterie (12) stehengelassen worden ist;
eine Batteriespannungsermittlungsvorrichtung (14) zur Ermittlung einer Batteriespannung an der Lithium-Sekundärbatterie (12);
eine Batteriespannungsvergleichsvorrichtung (36) zum Vergleichen der durch die Batteriespannungsermittlungsvorrichtung (14) ermittel ten Batteriespannung mit einer vorbestimmten Batteriespannung, bei der eine Schädigung der Lithium-Sekundärbatterie (12) erwartet wird, wenn die Stillstandermittlungsvorrichtung (36) ermittelt, daß die Lithium-Sekundärbatterie (12) stehengelassen worden ist; und
eine Entladungsvorrichtung (32) zum Entladen der Lithium-Sekundär batterie (12), wenn die durch die Batteriespannungsermittlungsvor richtung (14) ermittelte Batteriespannung größer als die vorbe stimmte Batteriespannung ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, worin die Stillstandermittlungsvor richtung (36) eine Vorrichtung umfaßt zur Ermittlung, ob die Lithium- Sekundärbatterie (12) stehengelassen worden ist, wenn ein Signal (Ig) abgeschaltet ist, das die Zufuhr elektrischer Energie von der Lithium-Sekundärbatterie (12) zu einer angeschlossenen Last (24) anzeigt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend:
eine Temperaturermittlungsvorrichtung (18) zur Ermittlung der Batte rietemperatur der Lithium-Sekundärbatterie (12); und
eine Zeitmeßvorrichtung (38) zum Messen der Zeit;
wobei die Entladungsvorrichtung (32) Vorrichtungen umfaßt zum Kontrollieren der Zeitmeßvorrichtung (38), um einen vorbestimmten Zeitabschnitt zu messen, wenn die durch die Batteriespannungs ermittlungsvorrichtung (14) ermittelte Batteriespannung größer als die vorbestimmte Batteriespannung ist und auch, wenn die durch die Temperaturermittlungsvorrichtung (18) ermittelte Batterietemperatur höher als eine Temperatur ist, bei der eine Schädigung der Lithium- Sekundärbatterie (12) wahrscheinlich ist, und zum Entladen der Lithium-Sekundärbatterie (12), wenn der vorbestimmte Zeitabschnitt verstreicht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend:
eine Temperaturermittlungsvorrichtung (18) zur Ermittlung der Batte rietemperatur der Lithium-Sekundärbatterie (12);
wobei die Entladungsvorrichtung (32) eine Vorrichtung umfaßt, um einen Entladungsstrom, mit dem die Lithium-Sekundärbatterie (12) entladen wird, im Verhältnis zur ermittelten Batteriespannung und/ oder zur ermittelten Batterietemperatur zu erhöhen, wenn die durch die Batteriespannungsermittlungsvorrichtung (14) ermittelte Batterie spannung größer als die vorbestimmte Batteriespannung ist und auch, wenn die durch die Temperaturermittlungsvorrichtung (18) ermittelte Batterietemperatur höher als eine Temperatur ist, bei der eine Schädigung der Lithium-Sekundärbatterie (12) wahrscheinlich ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend:
einen elektrischen Energiespeicher, der zur Speicherung elektrischer Energie angeschlossen ist, die aus der Lithium-Sekundärbatterie (12) durch die Entladungsvorrichtung entladen wird.