RU2714888C1 - Accumulator battery system and a method for evaluating the internal state of an accumulator battery - Google Patents
Accumulator battery system and a method for evaluating the internal state of an accumulator battery Download PDFInfo
- Publication number
- RU2714888C1 RU2714888C1 RU2019128561A RU2019128561A RU2714888C1 RU 2714888 C1 RU2714888 C1 RU 2714888C1 RU 2019128561 A RU2019128561 A RU 2019128561A RU 2019128561 A RU2019128561 A RU 2019128561A RU 2714888 C1 RU2714888 C1 RU 2714888C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- negative electrode
- active substance
- potential
- lithium
- battery
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
- B60L3/12—Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/3644—Constructional arrangements
- G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4285—Testing apparatus
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/364—Composites as mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M2010/4292—Aspects relating to capacity ratio of electrodes/electrolyte or anode/cathode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
[0001] Настоящее раскрытие сущности относится к системе аккумуляторной батареи и к способу оценки внутреннего состояния аккумуляторной батареи.[0001] The present disclosure relates to a battery system and a method for evaluating an internal state of a battery.
Уровень техникиState of the art
[0002] Электрифицированное транспортное средство (например, гибридное транспортное средство, электротранспортное средство и т.п.) со смонтированной аккумуляторной батареей получает широкое распространение. В аккумуляторной батарее, предусмотрена система, в которой "зарядная кривая" в качестве кривой зависимости состояния заряда (SOC) от напряжения разомкнутой цепи (OCV), которая должна получаться при заряде аккумуляторной батареи из полностью разряженного состояния, и "разрядная кривая" в качестве кривой SOC-OCV, которая должна получаться при разряде аккумуляторной батареи из полностью заряженного состояния, заметно отклоняются друг от друга. В случае если зарядная кривая и разрядная кривая отклоняются друг от друга таким образом, считается, что в аккумуляторной батарее возникает "гистерезис". Например, публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии № 2015-166710 (JP 2015-166710 А) раскрывает технологию, которая оценивает SOC из OCV с учетом гистерезиса аккумуляторной батареи.[0002] An electrified vehicle (eg, a hybrid vehicle, an electric vehicle, and the like) with a mounted battery is widely used. In the battery, a system is provided in which the “charging curve” as the curve of the state of charge (SOC) versus open circuit voltage (OCV), which should be obtained when the battery is charged from a fully discharged state, and the “discharge curve” as the curve SOC-OCV, which should be obtained when the battery is discharged from a fully charged state, noticeably deviate from each other. If the charging curve and the discharge curve deviate from each other in this way, it is considered that “hysteresis” occurs in the battery. For example, Japanese Patent Application Publication No. 2015-166710 (JP 2015-166710 A) discloses a technology that evaluates SOC from OCV with regard to battery hysteresis.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
[0003] В настоящем раскрытии сущности, оценивается внутреннее состояние аккумуляторной батареи. Оценка внутреннего состояния аккумуляторной батареи включает в себя вычисление различных компонентов потенциала, таких как потенциал разомкнутой цепи положительного электрода, потенциал положительного электрода, потенциал разомкнутой цепи отрицательного электрода и потенциал отрицательного электрода аккумуляторной батареи. Например, OCV аккумуляторной батареи может вычисляться из потенциала разомкнутой цепи положительного электрода и потенциала разомкнутой цепи отрицательного электрода аккумуляторной батареи, и SOC аккумуляторной батареи может оцениваться из вычисленного OCV. В случае если потенциал положительного электрода аккумуляторной батареи становится ниже заданного нижнего предельного потенциала или становится выше заданного верхнего предельного потенциала, вызывается побочная реакция в положительном электроде, и характеристики положительного электрода могут ухудшаться. Аналогично, в случае если потенциал отрицательного электрода находится за пределами заданного диапазона потенциалов, характеристики отрицательного электрода могут ухудшаться. Таким образом, повышается точность вычисления потенциала одного электрода (потенциала положительного электрода или потенциала отрицательного электрода) аккумуляторной батареи, за счет чего можно подавлять ухудшение характеристик положительного электрода и отрицательного электрода аккумуляторной батареи.[0003] In the present disclosure, the internal state of the battery is evaluated. Assessing the internal state of the battery includes calculating various potential components, such as a positive electrode open circuit potential, a positive electrode potential, a negative electrode open circuit potential, and a negative electrode potential of a battery. For example, a battery OCV may be calculated from a positive electrode open circuit potential and a battery negative electrode open circuit potential, and a battery SOC may be estimated from a calculated OCV. If the potential of the positive electrode of the battery becomes lower than a predetermined lower limit potential or becomes higher than a predetermined upper limit potential, a side reaction in the positive electrode is caused, and the characteristics of the positive electrode may deteriorate. Similarly, if the potential of the negative electrode is outside the specified range of potentials, the characteristics of the negative electrode may deteriorate. Thus, the accuracy of calculating the potential of one electrode (the potential of the positive electrode or the potential of the negative electrode) of the battery increases, due to which it is possible to suppress the deterioration of the characteristics of the positive electrode and the negative electrode of the battery.
[0004] Чтобы улучшать различные характеристики аккумуляторной батареи, проанализирована технология, в которой используется отрицательный электрод (так называемый составной отрицательный электрод), включающий в себя множество активных веществ отрицательного электрода. Например, отрицательный электрод литий-ионной аккумуляторной батареи, раскрытой в публикации не прошедшей экспертизу заявки на патент (Япония) № 2015-167127 (JP 2015-167127 А), включает в себя материал на основе углерода (подробнее, такой материал на основе углерода, как наноуглерод или углеродная нанотрубка) и материал на основе кремния.[0004] In order to improve the various characteristics of the battery, a technology is analyzed that uses a negative electrode (a so-called composite negative electrode) including a plurality of active substances of the negative electrode. For example, the negative electrode of a lithium-ion battery disclosed in a publication that has not passed the examination of patent application (Japan) No. 2015-167127 (JP 2015-167127 A) includes carbon-based material (in more detail, such a carbon-based material, like nanocarbon or carbon nanotube) and silicon-based material.
[0005] В литий-ионной аккумуляторной батарее, используется отрицательный электрод, включающий в себя материал на основе кремния, за счет чего можно увеличивать полную зарядную емкость по сравнению со случаем, в котором используется отрицательный электрод, не включающий в себя материал на основе кремния. В случае, если материал на основе кремния включен в отрицательный электрод, известно, что гистерезис кривой SOC-OCV увеличивается по сравнению со случаем, в котором материал на основе кремния не включен в отрицательный электрод (например, см. публикацию не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии № 2014-139521 (JP 2014-139521 А)).[0005] In a lithium ion secondary battery, a negative electrode including a silicon-based material is used, whereby the total charge capacity can be increased compared to a case in which a negative electrode that does not include a silicon-based material is used. If the silicon-based material is included in the negative electrode, it is known that the hysteresis of the SOC-OCV curve is increased compared to the case in which the silicon-based material is not included in the negative electrode (for example, see the publication of the unexamined patent application Japan No. 2014-139521 (JP 2014-139521 A)).
[0006] При оценке внутреннего состояния аккумуляторной батареи, имеющей составной отрицательный электрод, рассматривается случай, в котором применяется способ оценки внутреннего состояния предшествующего уровня техники. Тем не менее, в способе оценки предшествующего уровня техники, поскольку гистерезис аккумуляторной батареи не учитывается, точность оценки внутреннего состояния аккумуляторной батареи может относительно понижаться. По этой причине, в аккумуляторной батарее, имеющей составной отрицательный электрод, желательно оценивать внутреннее состояние аккумуляторной батареи с учетом гистерезиса.[0006] When evaluating the internal state of a battery having a composite negative electrode, a case is considered in which a method for evaluating the internal state of the prior art is applied. However, in the prior art estimation method, since the hysteresis of the battery is not taken into account, the accuracy of estimating the internal state of the battery can be relatively reduced. For this reason, in a battery having a composite negative electrode, it is desirable to evaluate the internal state of the battery with regard to hysteresis.
[0007] Настоящее раскрытие сущности предоставляет технологию, допускающую повышение точности оценки внутреннего состояния аккумуляторной батареи, имеющей отрицательный электрод, включающий в себя множество активных веществ отрицательного электрода.[0007] The present disclosure provides a technology capable of improving the accuracy of evaluating the internal state of a battery having a negative electrode including a plurality of active substances of the negative electrode.
[0008] Первый аспект настоящего раскрытия сущности относится к системе аккумуляторной батареи. Система аккумуляторной батареи включает в себя аккумуляторную батарею и устройство управления. Аккумуляторная батарея имеет положительный электрод и отрицательный электрод. Положительный электрод включает в себя активное вещество положительного электрода. Отрицательный электрод включает в себя первое и второе активные вещества отрицательного электрода. Устройство управления выполнено с возможностью оценивать внутреннее состояние аккумуляторной батареи на основе модели активных веществ аккумуляторной батареи. Величина изменения объема первого активного вещества отрицательного электрода с изменением количества носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода превышает величину изменения объема второго активного вещества отрицательного электрода с изменением количества носителей заряда во втором активном веществе отрицательного электрода. Устройство управления выполнено с возможностью, при таком условии, что первое активное вещество отрицательного электрода и второе активное вещество отрицательного электрода имеют идентичный потенциал, вычислять количество носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода на основе модели первого активного вещества. Устройство управления выполнено с возможностью вычислять величину изменения потенциала разомкнутой цепи первого активного вещества отрицательного электрода на основе поверхностного механического напряжения первого активного вещества отрицательного электрода, которое должно определяться согласно количеству носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода. Устройство управления выполнено с возможностью вычислять потенциал разомкнутой цепи отрицательного электрода из потенциала разомкнутой цепи и величины изменения потенциала разомкнутой цепи первого активного вещества отрицательного электрода в состоянии, в котором поверхностное механическое напряжение не формируется в первом активном веществе отрицательного электрода.[0008] A first aspect of the present disclosure relates to a battery system. The battery system includes a battery and a control device. The battery has a positive electrode and a negative electrode. The positive electrode includes the active substance of the positive electrode. The negative electrode includes the first and second active substances of the negative electrode. The control device is configured to evaluate the internal state of the battery based on a model of the active substances of the battery. The amount of change in the volume of the first active substance of the negative electrode with a change in the number of charge carriers in the first active substance of the negative electrode exceeds the amount of change in the volume of the second active substance of the negative electrode with a change in the number of charge carriers in the second active substance of the negative electrode. The control device is configured to, provided that the first active substance of the negative electrode and the second active substance of the negative electrode have the same potential, calculate the number of charge carriers in the first active substance of the negative electrode based on the model of the first active substance. The control device is configured to calculate a change in the open-circuit potential of the first active substance of the negative electrode based on the surface mechanical stress of the first active substance of the negative electrode, which should be determined according to the number of charge carriers in the first active substance of the negative electrode. The control device is configured to calculate the open-circuit potential of the negative electrode from the open-circuit potential and the magnitude of the change in the open-circuit potential of the first active substance of the negative electrode in a state in which surface mechanical stress is not generated in the first active substance of the negative electrode.
[0009] Величина изменения объема первого активного вещества отрицательного электрода с изменением количества носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода (например, в материале на основе кремния) превышает величину изменения объема второго активного вещества отрицательного электрода с изменением количества носителей заряда во втором активном веществе отрицательного электрода (например, в материале на основе углерода). По этой причине, влияние гистерезиса в первом активном веществе отрицательного электрода превышает влияние гистерезиса во втором активном веществе отрицательного электрода. С учетом этого момента, согласно первому аспекту, количество носителей заряда (например, количество лития) в первом активном веществе отрицательного электрода вычисляется на основе модели первого активного вещества, и количество носителей заряда во втором активном веществе отрицательного электрода вычисляется на основе модели второго активного вещества. Таким образом, поскольку количество носителей заряда вычисляется отдельно для каждого активного вещества отрицательного электрода, можно точно отражать влияние гистерезиса в результате оценки внутреннего состояния аккумуляторной батареи (ниже описываются подробности). Следовательно, можно повышать точность оценки внутреннего состояния аккумуляторной батареи.[0009] The amount of change in the volume of the first active substance of the negative electrode with a change in the number of charge carriers in the first active substance of the negative electrode (for example, in a silicon-based material) exceeds the amount of change in the volume of the second active substance of the negative electrode with a change in the number of charge carriers in the second active substance of the negative electrode (e.g., carbon based material). For this reason, the effect of hysteresis in the first active substance of the negative electrode exceeds the effect of hysteresis in the second active substance of the negative electrode. With this in mind, according to the first aspect, the number of charge carriers (e.g., the amount of lithium) in the first active substance of the negative electrode is calculated based on the model of the first active substance, and the number of charge carriers in the second active substance of the negative electrode is calculated based on the model of the second active substance. Thus, since the number of charge carriers is calculated separately for each active substance of the negative electrode, it is possible to accurately reflect the influence of hysteresis as a result of evaluating the internal state of the battery (the details are described below). Therefore, it is possible to improve the accuracy of estimating the internal state of the battery.
[0010] В системе аккумуляторной батареи согласно первому аспекту настоящего раскрытия сущности, устройство управления может быть выполнено с возможностью, при таком условии, что первое активное вещество отрицательного электрода и второе активное вещество отрицательного электрода имеют идентичный потенциал, отдельно вычислять ток, протекающий в первом активном веществе отрицательного электрода, и ток, протекающий во втором активном веществе отрицательного электрода, через обработку вычисления сходимости таким образом, что устанавливается заданное условие сходимости. Устройство управления может быть выполнено с возможностью вычислять распределение концентраций носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода и во втором активном веществе отрицательного электрода посредством решения уравнения диффузии при граничном условии, связанном с током, протекающим в первом активном веществе отрицательного электрода и во втором активном веществе отрицательного электрода. Устройство управления может быть выполнено с возможностью вычислять количество носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода и во втором активном веществе отрицательного электрода из распределения концентраций носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода и во втором активном веществе отрицательного электрода.[0010] In the battery system according to the first aspect of the present disclosure, the control device can be configured so that the first active substance of the negative electrode and the second active substance of the negative electrode have the same potential to separately calculate the current flowing in the first active material of the negative electrode, and the current flowing in the second active substance of the negative electrode, through the processing of convergence calculation in such a way that setting tsya predetermined convergence condition. The control device can be configured to calculate the distribution of carrier concentrations in the first active substance of the negative electrode and in the second active substance of the negative electrode by solving the diffusion equation under the boundary condition associated with the current flowing in the first active substance of the negative electrode and in the second active substance of the negative electrode. The control device can be configured to calculate the number of charge carriers in the first active substance of the negative electrode and in the second active substance of the negative electrode from the distribution of the concentrations of charge carriers in the first active substance of the negative electrode and in the second active substance of the negative electrode.
[0011] Система аккумуляторной батареи согласно первому аспекту настоящего раскрытия сущности дополнительно может включать в себя датчик напряжения, выполненный с возможностью определять напряжение между положительным электродом и отрицательным электродом. Устройство управления может быть выполнено с возможностью вычислять распределение концентраций носителей заряда в активном веществе положительного электрода посредством решения уравнения диффузии при граничном условии, связанном с током, протекающим в активном веществе положительного электрода. Устройство управления может быть выполнено с возможностью вычислять количество носителей заряда в активном веществе положительного электрода из распределения концентраций носителей заряда в активном веществе положительного электрода. Устройство управления может быть выполнено с возможностью вычислять потенциал положительного электрода на основе потенциала разомкнутой цепи активного вещества положительного электрода, который должен определяться согласно количеству носителей заряда в активном веществе положительного электрода. Устройство управления может быть выполнено с возможностью вычислять потенциал отрицательного электрода на основе потенциала разомкнутой цепи отрицательного электрода. Устройство управления может быть выполнено с возможностью вычислять ток, протекающий в первом активном веществе отрицательного электрода, с таким условием, что разность потенциалов между потенциалом положительного электрода и потенциалом отрицательного электрода совпадает с напряжением, определенным посредством датчика напряжения, в качестве условия сходимости.[0011] The battery system according to the first aspect of the present disclosure may further include a voltage sensor configured to detect a voltage between the positive electrode and the negative electrode. The control device can be configured to calculate the distribution of the concentrations of charge carriers in the active substance of the positive electrode by solving the diffusion equation under the boundary condition associated with the current flowing in the active substance of the positive electrode. The control device can be configured to calculate the number of charge carriers in the active substance of the positive electrode from the distribution of concentrations of charge carriers in the active substance of the positive electrode. The control device may be configured to calculate the potential of the positive electrode based on the open-circuit potential of the active substance of the positive electrode, which should be determined according to the number of charge carriers in the active substance of the positive electrode. The control device may be configured to calculate the potential of the negative electrode based on the potential of the open circuit of the negative electrode. The control device can be configured to calculate the current flowing in the first active substance of the negative electrode, with the condition that the potential difference between the potential of the positive electrode and the potential of the negative electrode coincides with the voltage detected by the voltage sensor as a condition for convergence.
[0012] Согласно первому аспекту, отдельно вычисляются ток, протекающий в первом активном веществе отрицательного электрода, и ток, протекающий во втором активном веществе отрицательного электрода. Вследствие этого, распределение концентраций носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода на основе уравнения диффузии при граничном условии, связанном с током, протекающим в первом активном веществе отрицательного электрода, и распределение концентраций носителей заряда во втором активном веществе отрицательного электрода на основе уравнения диффузии при граничном условии, связанном с током, протекающим во втором активном веществе отрицательного электрода, получаются с большей точностью. Поскольку внутреннее состояние (потенциал разомкнутой цепи или поверхностное механическое напряжение) аккумуляторной батареи вычисляется на основе распределения концентраций носителей заряда (описано ниже), согласно первому аспекту, можно повышать точность оценки внутреннего состояния аккумуляторной батареи.[0012] According to the first aspect, the current flowing in the first active substance of the negative electrode and the current flowing in the second active substance of the negative electrode are separately calculated. As a result, the distribution of carrier concentrations in the first active substance of the negative electrode based on the diffusion equation under the boundary condition associated with the current flowing in the first active substance of the negative electrode, and the distribution of carrier concentrations in the second active substance of the negative electrode based on the diffusion equation for the boundary conditions associated with the current flowing in the second active substance of the negative electrode are obtained with greater accuracy. Since the internal state (open circuit potential or surface mechanical stress) of the battery is calculated based on the distribution of charge carrier concentrations (described below), according to the first aspect, it is possible to improve the accuracy of estimating the internal state of the battery.
[0013] В системе аккумуляторной батареи согласно первому аспекту настоящего раскрытия сущности, устройство управления может быть выполнено с возможностью разделять ток, протекающий в первом активном веществе отрицательного электрода, на ток реакции, предусмотренный во внедрении и десорбции носителей заряда, и ток конденсатора, не предусмотренный во внедрении и десорбции носителей заряда, и вычислять перенапряжение при реакции первого активного вещества отрицательного электрода посредством подстановки тока реакции в выражение отношения Батлера-Фольмера. Устройство управления может быть выполнено с возможностью вычислять потенциал отрицательного электрода из потенциала разомкнутой цепи отрицательного электрода и перенапряжения при реакции первого активного вещества отрицательного электрода.[0013] In the battery system according to the first aspect of the present disclosure, the control device may be configured to separate the current flowing in the first active substance of the negative electrode into a reaction current provided for introducing and desorbing charge carriers and a capacitor current not provided in the introduction and desorption of charge carriers, and to calculate the overvoltage during the reaction of the first active substance of the negative electrode by substituting the reaction current into the expression I Butler-Volmer. The control device may be configured to calculate the potential of the negative electrode from the open-circuit potential of the negative electrode and overvoltage during the reaction of the first active substance of the negative electrode.
[0014] Согласно первому аспекту, учитывается влияние электрического двойного слоя, который должен формироваться на поверхности активного вещества, и перенапряжение при реакции первого активного вещества отрицательного электрода вычисляется на основе тока реакции в качестве компонента тока, предусмотренного во внедрении и десорбции носителей заряда. Ток конденсатора, не предусмотренный во внедрении и десорбции носителей заряда, удаляется, за счет чего повышается точность вычисления перенапряжения при реакции. По этой причине, можно повышать точность вычисления потенциала отрицательного электрода (= потенциал разомкнутой цепи отрицательного электрода+перенапряжение при реакции).[0014] According to the first aspect, the influence of the electric double layer that is to be formed on the surface of the active substance is taken into account, and the overvoltage in the reaction of the first active substance of the negative electrode is calculated based on the reaction current as a current component provided for in the introduction and desorption of charge carriers. The capacitor current, not provided for in the introduction and desorption of charge carriers, is removed, thereby increasing the accuracy of calculating the overvoltage during the reaction. For this reason, it is possible to increase the accuracy of calculating the potential of the negative electrode (= potential of the open circuit of the negative electrode + overvoltage during the reaction).
[0015] В системе аккумуляторной батареи согласно первому аспекту настоящего раскрытия сущности, устройство управления может быть выполнено с возможностью вычислять общее количество носителей заряда в первом и втором активных веществах отрицательного электрода из количества носителей заряда в активном веществе положительного электрода согласно выражению отношения, в котором взаимосвязь, которая должна устанавливаться между количеством носителей заряда в активном веществе положительного электрода и общим количеством носителей заряда в первом и втором активных веществах отрицательного электрода, задается с использованием отношения емкостей касательно емкости положительного электрода к емкости отрицательного электрода. Устройство управления может быть выполнено с возможностью вычислять количество носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода и во втором активном веществе отрицательного электрода с использованием закона сохранения величины заряда, который должен устанавливаться между величиной временного изменения общего количества носителей заряда в первом и втором активных веществах отрицательного электрода и током, протекающим в активном веществе положительного электрода.[0015] In the battery system according to the first aspect of the present disclosure, the control device may be configured to calculate the total number of charge carriers in the first and second active substances of the negative electrode from the number of charge carriers in the active substance of the positive electrode according to an expression of a relationship in which the relationship , which should be established between the number of charge carriers in the active substance of the positive electrode and the total number of charge carriers the first and second active materials of the negative electrode is set using the ratio of capacitances on positive electrode capacity to the negative electrode capacity. The control device can be configured to calculate the number of charge carriers in the first active substance of the negative electrode and in the second active substance of the negative electrode using the law of conservation of charge, which must be set between the value of the temporary change in the total number of charge carriers in the first and second active substances of the negative electrode and current flowing in the active substance of the positive electrode.
[0016] Согласно первому аспекту, используется выражение отношения, за счет чего не должны обязательно решаться уравнения диффузии в первом и втором активных веществах отрицательного электрода. Кроме того, можно уменьшать параметры, которые должны использоваться при обработке вычисления сходимости. Следовательно, можно дополнительно уменьшать объем вычислений (вычислительную нагрузку, объем запоминающего устройства и т.п.) устройства управления (ниже описываются подробности).[0016] According to the first aspect, the expression of the relation is used, due to which the diffusion equations in the first and second active substances of the negative electrode need not be solved. In addition, you can reduce the parameters that should be used when processing the convergence calculation. Therefore, it is possible to further reduce the amount of computation (computational load, storage capacity, etc.) of the control device (details are described below).
[0017] В системе аккумуляторной батареи согласно первому аспекту настоящего раскрытия сущности, устройство управления может быть выполнено с возможностью вычислять общее количество носителей заряда в первом и втором активных веществах отрицательного электрода из количества носителей заряда в активном веществе положительного электрода согласно выражению отношения, в котором взаимосвязь, которая должна устанавливаться между количеством носителей заряда в активном веществе положительного электрода и общим количеством носителей заряда в первом и втором активных веществах отрицательного электрода, задается с использованием отношения емкостей касательно емкости положительного электрода к емкости отрицательного электрода. Устройство управления может быть выполнено с возможностью вычислять количество носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода и во втором активном веществе отрицательного электрода из величины временного изменения общего количества носителей заряда в первом и втором активных веществах отрицательного электрода согласно заданному выражению отношения, аппроксимирующему то, что потенциал первого активного вещества отрицательного электрода изменяется линейно с изменением количества носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода, и аппроксимирующему то, что потенциал второго активного вещества отрицательного электрода изменяется линейно с изменением количества носителей заряда во втором активном веществе отрицательного электрода.[0017] In the battery system according to the first aspect of the present disclosure, the control device may be configured to calculate the total number of charge carriers in the first and second active substances of the negative electrode from the number of charge carriers in the active substance of the positive electrode according to an expression of a relationship in which the relationship , which should be established between the number of charge carriers in the active substance of the positive electrode and the total number of charge carriers the first and second active materials of the negative electrode is set using the ratio of capacitances on positive electrode capacity to the negative electrode capacity. The control device can be configured to calculate the number of charge carriers in the first active substance of the negative electrode and in the second active substance of the negative electrode from the value of the temporary change in the total number of charge carriers in the first and second active substances of the negative electrode according to a given relation expression approximating that the potential of the first active substance of the negative electrode varies linearly with the number of charge carriers in the first ac active substance of the negative electrode, and approximating that the potential of the second active substance of the negative electrode varies linearly with the number of charge carriers in the second active substance of the negative electrode.
[0018] Согласно первому аспекту, используется заданное выражение отношения с использованием линейной аппроксимации, за счет чего можно дополнительно уменьшать объем вычислений устройства управления (ниже описываются подробности).[0018] According to a first aspect, a predetermined relationship expression is used using linear approximation, whereby the amount of control device calculations can be further reduced (details are described below).
[0019] В системе аккумуляторной батареи согласно первому аспекту настоящего раскрытия сущности, аккумуляторная батарея может представлять собой литий-ионную аккумуляторную батарею. Устройство управления может быть выполнено с возможностью, в случае если потенциал отрицательного электрода, который должен вычисляться из потенциала разомкнутой цепи отрицательного электрода, опускается ниже заданного потенциала выше потенциала металлического лития, в большей степени подавлять электрическую мощность заряда в аккумуляторную батарею, чем в случае, если потенциал отрицательного электрода превышает заданный потенциал.[0019] In the battery system according to the first aspect of the present disclosure, the battery may be a lithium-ion battery. The control device can be configured to, if the potential of the negative electrode, which is to be calculated from the potential of the open circuit of the negative electrode, falls below a predetermined potential above the potential of lithium metal, to more suppress the electric power of the charge in the battery than if the potential of the negative electrode exceeds a given potential.
[0020] Согласно первому аспекту, электрическая мощность заряда в аккумуляторную батарею управляется на основе потенциала отрицательного электрода, оцененного с высокой точностью. Вследствие этого, можно надлежащим образом защищать отрицательный электрод от ухудшения характеристик (осаждения лития, описанного ниже) отрицательного электрода.[0020] According to the first aspect, the electric charge power in the secondary battery is controlled based on the potential of the negative electrode estimated with high accuracy. As a result, the negative electrode can be appropriately protected from degradation (deposition of lithium, described below) of the negative electrode.
[0021] В системе аккумуляторной батареи согласно первому аспекту настоящего раскрытия сущности, первое активное вещество отрицательного электрода может представлять собой материал на основе кремния, и второе активное вещество отрицательного электрода может представлять собой материал на основе углерода.[0021] In the battery system according to the first aspect of the present disclosure, the first active substance of the negative electrode may be a silicon-based material, and the second active substance of the negative electrode may be a carbon-based material.
[0022] Второй аспект настоящего раскрытия сущности относится к способу оценки внутреннего состояния аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея имеет положительный электрод и отрицательный электрод. Положительный электрод включает в себя активное вещество положительного электрода. Отрицательный электрод включает в себя первое и второе активные вещества отрицательного электрода. Величина изменения объема первого активного вещества отрицательного электрода с изменением количества носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода превышает величину изменения объема второго активного вещества отрицательного электрода с изменением количества носителей заряда во втором активном веществе отрицательного электрода. Способ представляет собой способ оценки внутреннего состояния аккумуляторной батареи на основе модели активного вещества. Способ включает в себя, при таком условии, что первое активное вещество отрицательного электрода и второе активное вещество отрицательного электрода имеют идентичный потенциал, вычисление количества носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода на основе модели первого активного вещества, вычисления величины изменения потенциала разомкнутой цепи первого активного вещества отрицательного электрода на основе поверхностного механического напряжения первого активного вещества отрицательного электрода, которое должно определяться согласно количеству носителей заряда в первом активном веществе отрицательного электрода, и вычисление потенциала разомкнутой цепи отрицательного электрода из потенциала разомкнутой цепи и величины изменения потенциала разомкнутой цепи первого активного вещества отрицательного электрода в состоянии, в котором поверхностное механическое напряжение не формируется в первом активном веществе отрицательного электрода.[0022] A second aspect of the present disclosure relates to a method for evaluating an internal state of a battery. The battery has a positive electrode and a negative electrode. The positive electrode includes the active substance of the positive electrode. The negative electrode includes the first and second active substances of the negative electrode. The amount of change in the volume of the first active substance of the negative electrode with a change in the number of charge carriers in the first active substance of the negative electrode exceeds the amount of change in the volume of the second active substance of the negative electrode with a change in the number of charge carriers in the second active substance of the negative electrode. The method is a method for assessing the internal state of a battery based on an active substance model. The method includes, provided that the first active substance of the negative electrode and the second active substance of the negative electrode have the same potential, calculating the number of charge carriers in the first active substance of the negative electrode based on the model of the first active substance, calculating the magnitude of the change in the open circuit potential of the first active substances of the negative electrode based on the surface mechanical stress of the first active substance of the negative electrode, which e must be determined according to the number of charge carriers in the first active substance of the negative electrode, and the calculation of the open circuit potential of the negative electrode from the open circuit potential and the magnitude of the change in the open circuit potential of the first active substance of the negative electrode in a state in which surface mechanical stress is not formed in the first active substance negative electrode.
[0023] Согласно второму аспекту, аналогично первому аспекту, можно повышать точность оценки внутреннего состояния аккумуляторной батареи.[0023] According to the second aspect, similarly to the first aspect, the accuracy of estimating the internal state of the battery can be improved.
[0024] Согласно аспектам настоящего раскрытия сущности, в аккумуляторной батарее, имеющей отрицательный электрод, включающий в себя множество активных веществ отрицательного электрода, можно повышать точность оценки внутреннего состояния аккумуляторной батареи.[0024] According to aspects of the present disclosure, in a battery having a negative electrode including a plurality of active substances of the negative electrode, it is possible to improve the accuracy of estimating the internal state of the battery.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
[0025] Ниже описываются признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы, и на которых:[0025] The following describes the features, advantages and technical and industrial significance of exemplary embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which like numbers denote like elements, and in which:
Фиг. 1 является схемой, схематично показывающей общую конфигурацию электрифицированного транспортного средства, в котором монтируется система аккумуляторной батареи согласно варианту 1 осуществления;FIG. 1 is a diagram schematically showing the general configuration of an electrified vehicle in which a battery system according to
Фиг. 2 является схемой, подробнее иллюстрирующей конфигурацию каждого гальванического элемента;FIG. 2 is a diagram illustrating in more detail the configuration of each galvanic cell;
Фиг. 3 является графиком, показывающим пример кривой SOC-OCV батареи в варианте 1 осуществления;FIG. 3 is a graph showing an example of a SOC-OCV curve of a battery in
Фиг. 4 является графиком, схематично показывающим изменение потенциала разомкнутой цепи отрицательного электрода с зарядом и разрядом батареи в случае, когда в качестве отрицательного электрода используется простое вещество из кремния;FIG. 4 is a graph schematically showing a change in the potential of an open circuit of a negative electrode with a charge and discharge of a battery when a simple silicon substance is used as the negative electrode;
Фиг. 5 является схемой, иллюстрирующей трехчастичную модель;FIG. 5 is a diagram illustrating a three-particle model;
Фиг. 6 является схемой, иллюстрирующей способ вычисления распределений концентраций лития в частице положительного электрода, кремниевой частице и графитовой частице;FIG. 6 is a diagram illustrating a method for calculating lithium concentration distributions in a positive electrode particle, a silicon particle, and a graphite particle;
Фиг. 7A является таблицей, иллюстрирующей параметры (переменные и константы), которые должны использоваться в модели батареи;FIG. 7A is a table illustrating parameters (variables and constants) to be used in a battery model;
Фиг. 7B является таблицей, иллюстрирующей параметры (переменные и константы), которые должны использоваться в модели батареи;FIG. 7B is a table illustrating parameters (variables and constants) to be used in a battery model;
Фиг. 8 является таблицей, иллюстрирующей дополнительные характеристики (подстрочные индексы), которые должны использоваться в модели батареи;FIG. 8 is a table illustrating additional features (subscripts) to be used in a battery model;
Фиг. 9 является функциональной блок-схемой ECU, связанной с обработкой вычисления потенциала и обработкой оценки SOC в варианте 1 осуществления;FIG. 9 is a functional block diagram of an ECU related to potential calculation processing and SOC estimation processing in
Фиг. 10A является концептуальной схемой, иллюстрирующей переход состояния батареи на характеристической схеме зависимости количества лития на поверхности в кремниевом отрицательном электроде от потенциала разомкнутой цепи кремниевого отрицательного электрода;FIG. 10A is a conceptual diagram illustrating a state transition of a battery in a characteristic diagram of a dependence of a quantity of lithium on a surface in a silicon negative electrode on an open circuit potential of a silicon negative electrode;
Фиг. 10B является концептуальной схемой, иллюстрирующей переход состояния батареи на характеристической схеме зависимости количества лития на поверхности в кремниевом отрицательном электроде от потенциала разомкнутой цепи кремниевого отрицательного электрода;FIG. 10B is a conceptual diagram illustrating a state transition of a battery in a characteristic diagram of a dependence of the amount of lithium on a surface in a silicon negative electrode on the open potential of a silicon negative electrode;
Фиг. 10C является концептуальной схемой, иллюстрирующей переход состояния батареи на характеристической схеме зависимости количества лития на поверхности в кремниевом отрицательном электроде от потенциала разомкнутой цепи кремниевого отрицательного электрода;FIG. 10C is a conceptual diagram illustrating a state transition of a battery in a characteristic diagram of a dependence of the amount of lithium on a surface in a silicon negative electrode on the open potential of a silicon negative electrode;
Фиг. 10D является концептуальной схемой, иллюстрирующей переход состояния батареи на характеристической схеме зависимости количества лития на поверхности в кремниевом отрицательном электроде от потенциала разомкнутой цепи кремниевого отрицательного электрода;FIG. 10D is a conceptual diagram illustrating a state transition of a battery in a characteristic diagram of the dependence of the amount of lithium on a surface in a silicon negative electrode on the open potential of a silicon negative electrode;
Фиг. 10E является концептуальной схемой, иллюстрирующей переход состояния батареи на характеристической схеме зависимости количества лития в отрицательном электроде от потенциала разомкнутой цепи отрицательного электрода;FIG. 10E is a conceptual diagram illustrating a state transition of a battery in a characteristic diagram of a dependence of the amount of lithium in a negative electrode on the potential of an open circuit of a negative electrode;
Фиг. 11 является графиком, иллюстрирующим способ вычисления поверхностного механического напряжения;FIG. 11 is a graph illustrating a method for calculating surface mechanical stress;
Фиг. 12 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность обработки для оценки SOC батареи в варианте 1 осуществления;FIG. 12 is a flowchart showing a processing sequence for estimating a battery SOC in
Фиг. 13 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей обработку вычисления сходимости в варианте 1 осуществления;FIG. 13 is a flowchart showing a convergence calculation processing in
Фиг. 14 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей обработку вычисления поверхностного механического напряжения;FIG. 14 is a flowchart showing surface stress calculation calculation processing;
Фиг. 15 является концептуальной схемой, иллюстрирующей изменение потенциала отрицательного электрода, когда возникает осаждение лития;FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating a change in negative electrode potential when lithium deposition occurs;
Фиг. 16 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность обработки для оценки SOC батареи в варианте 2 осуществления;FIG. 16 is a flowchart showing a processing sequence for estimating a battery SOC in
Фиг. 17 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей обработку вычисления сходимости в варианте 2 осуществления;FIG. 17 is a flowchart showing convergence calculation processing in
Фиг. 18 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей обработку вычисления количества лития в варианте 2 осуществления;FIG. 18 is a flowchart showing lithium amount calculation processing in
Фиг. 19 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей обработку вычисления поверхностного механического напряжения в варианте 2 осуществления; иFIG. 19 is a flowchart showing surface mechanical stress calculation processing in
Фиг. 20 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей обработку вычисления количества лития в варианте 3 осуществления.FIG. 20 is a flowchart showing lithium amount calculation processing in
Подробное описание вариантов осуществления изобретенияDetailed Description of Embodiments
[0026] Далее подробно описывается вариант осуществления настоящего раскрытия сущности со ссылкой на чертежи. На чертежах, идентичные или аналогичные части представляются посредством идентичных ссылок с номерами, и их описание не повторяется.[0026] An embodiment of the present disclosure will now be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, identical or similar parts are represented by identical reference numbers, and their description is not repeated.
[0027] В нижеприведенном описании, в качестве примера описывается конфигурация, в которой система аккумуляторной батареи согласно варианту осуществления настоящего раскрытия сущности монтируется в электрифицированном транспортном средстве. Электрифицированное транспортное средство может представлять собой гибридное транспортное средство (включающее в себя гибридное транспортное средство со штепсельным соединением для заряда от внешнего источника) либо может представлять собой электротранспортное средство. Электрифицированное транспортное средство может представлять собой гибридное транспортное средство, в котором топливный элемент и аккумуляторная батарея комбинируются. "Система аккумуляторной батареи" согласно варианту осуществления настоящего раскрытия сущности не ограничена применением к транспортному средству или может быть стационарной.[0027] In the description below, an example is described of a configuration in which a battery system according to an embodiment of the present disclosure is mounted in an electrified vehicle. The electrified vehicle may be a hybrid vehicle (including a hybrid vehicle with a plug connection for charging from an external source) or may be an electric vehicle. An electrified vehicle may be a hybrid vehicle in which a fuel cell and a battery are combined. A “battery system” according to an embodiment of the present disclosure is not limited to being applied to a vehicle or may be stationary.
Вариант 1 осуществления
Конфигурация системы аккумуляторной батареиBattery System Configuration
[0028] Фиг. 1 является схемой, схематично показывающей общую конфигурацию электрифицированного транспортного средства, в котором монтируется система аккумуляторной батареи согласно варианту 1 осуществления. Ссылаясь на фиг. 1, транспортное средство 9 представляет собой гибридное транспортное средство и включает в себя электромоторы-генераторы 91, 92, двигатель 93, устройство 94 деления мощности, ведущий вал 95, ведущие колеса 96 и систему 10 аккумуляторной батареи. Система 10 аккумуляторной батареи включает в себя батарею 4, модуль 6 мониторинга, модуль 8 управления мощностью (PCU) и электронный модуль 100 управления (ECU).[0028] FIG. 1 is a diagram schematically showing the general configuration of an electrified vehicle in which a battery system according to
[0029] Каждый из электромоторов-генераторов 91, 92 представляет собой вращающуюся электрическую машину переменного тока и, например, представляет собой синхронный электромотор трехфазного переменного тока, в котором постоянный магнит встраивается в ротор. Электромотор-генератор 91 главным образом используется в качестве генератора мощности, который приводится в действие посредством двигателя 93 за счет устройства 94 деления мощности. Электрическая мощность, вырабатываемая посредством электромотора-генератора 91, подается в электромотор-генератор 92 или батарею 4 через PCU 8.[0029] Each of the
[0030] Электромотор-генератор 92 главным образом работает в качестве электромотора и приводит в движение ведущие колеса 96. Электромотор-генератор 92 приводится в действие посредством приема, по меньшей мере, одной из электрической мощности из батареи 4 и вырабатываемой электрической мощности электромотора-генератора 91, и мощность приведения в движение электромотора-генератора 92 передается на ведущий вал 95. Во время торможения транспортного средства или уменьшения ускорения на спуске, электромотор-генератор 92 работает в качестве генератора мощности, чтобы выполнять выработку рекуперативной электрической мощности. Электрическая мощность, вырабатываемая посредством электромотора-генератора 92, подается в батарею 4 через PCU 8.[0030] The
[0031] Двигатель 93 представляет собой двигатель внутреннего сгорания, который выводит мощность посредством преобразования энергии сгорания, которая должна вырабатываться посредством сгорания воздушно-топливной смеси воздуха и топлива, в кинетическую энергию элемента движения, такого как поршень или ротор.[0031] The
[0032] Устройство 94 деления мощности включает в себя, например, планетарный зубчатый механизм (не показан), имеющий три вращательных вала солнечной шестерни, водила и коронной шестерни. Устройство 94 деления мощности делит мощность, доставленную из двигателя 93, на мощность для приведения в действие электромотора-генератора 91 и мощность для приведения в движение ведущих колес 96.[0032] The
[0033] Батарея 4 представляет собой собранную батарею, включающую в себя множество гальванических элементов 5 (одиночных батарей). В варианте осуществления, каждый гальванический элемент 5 представляет собой литий-ионную аккумуляторную батарею. В дальнейшем описывается конфигурация каждого гальванического элемента 5 со ссылкой на фиг. 2.[0033]
[0034] Батарея 4 накапливает электрическую мощность для приведения в действие электромоторов-генераторов 91, 92 и подает электрическую мощность в электромоторы-генераторы 91, 92 через PCU 8. Батарея 4 принимает и заряжается вырабатываемой электрической мощностью через PCU 8 во время выработки мощности электромоторов-генераторов 91, 92.[0034]
[0035] Модуль 6 мониторинга включает в себя датчик 71 напряжения и температурный датчик 72. Датчик 71 напряжения определяет напряжение каждого гальванического элемента 5, включенного в батарею 4, в качестве собранной батареи. Температурный датчик 72 определяет температуру каждого гальванического элемента 5. Каждый датчик выводит результат определения в ECU 100.[0035] The
[0036] Датчик 71 напряжения может определять напряжение VB, например, с множеством гальванических элементов 5, соединенных параллельно в качестве модуля мониторинга. Температурный датчик 72 может определять температуру TB с множеством гальванических элементов 5, расположенных рядом друг с другом в качестве модуля мониторинга. Таким образом, в варианте осуществления, модуль мониторинга не ограничен конкретным образом. Таким образом, в нижеприведенном описании, для упрощения описания, просто описывается то, что "напряжение VB батареи 4 определяется", или "температура TB батареи 4 определяется". В отношении потенциала, OCV и SOC, аналогично, батарея 4 описывается как модуль выполнения каждого вида обработки.[0036] The
[0037] PCU 8 выполняет двунаправленное преобразование электрической мощности между батареей 4 и электромоторами-генераторами 91, 92 в ответ на управляющий сигнал из ECU 100. PCU 8 выполнен с возможностью отдельно управлять состояниями электромоторов-генераторов 91, 92 и, например, может переводить электромотор-генератор 92 в состояние снабжения мощностью при переводе электромотора-генератора 91 в состояние рекуперации (состояние выработки мощности). PCU 8 включает в себя, например, два инвертора, которые предоставляются согласно электромоторам-генераторам 91, 92, и преобразователь, который повышает постоянное напряжение, подаваемое в каждый из инверторов, так что оно равно или выше выходного напряжения батареи 4 (все не показаны).[0037] The
[0038] ECU 100 включает в себя центральный процессор 100A (CPU), запоминающее устройство 100B (более конкретно, постоянное запоминающее устройство (ROM) и оперативное запоминающее устройство (RAM)) и порт ввода/вывода (не показан) для ввода и вывода различных сигналов. ECU 100 оценивает состояние батареи 4 на основе сигналов, принимаемых из датчиков модуля 6 мониторинга, и программ и карт, сохраненных в запоминающем устройстве 100B. В качестве основной обработки, которая должна выполняться посредством ECU 100, примерно иллюстрируется "обработка вычисления потенциала" для вычисления различных компонентов потенциала, включающих в себя потенциал V1 положительного электрода и потенциал V2 отрицательного электрода батареи 4. ECU 100 оценивает SOC батареи 4 или управляет зарядом и разрядом батареи 4 согласно результату "обработки вычисления потенциала".[0038] The
[0039] Потенциал V1 положительного электрода представляет собой потенциал положительного электрода (см. фиг. 2), когда батарея 4 находится в состоянии электропроводности. Потенциал V2 отрицательного электрода представляет собой потенциал отрицательного электрода, когда батарея 4 находится в состоянии электропроводности. Когда батарея 4 находится в состоянии отсутствия электропроводности (в состоянии без нагрузки), потенциал положительного электрода называется "потенциалом U1 разомкнутой цепи (OCP) положительного электрода". Потенциал отрицательного электрода называется "потенциалом U2 разомкнутой цепи отрицательного электрода". Хотя необязательно может задаваться потенциал, который должен быть опорным для этих потенциалов (и других потенциалов, описанных ниже), в варианте осуществления, потенциал металлического лития определяется в качестве опорного потенциала.[0039] The positive electrode potential V 1 represents the potential of the positive electrode (see FIG. 2) when the
[0040] Фиг. 2 является схемой, подробнее иллюстрирующей конфигурацию каждого гальванического элемента 5. На фиг. 2, гальванический элемент 5 показан в виде в перспективе.[0040] FIG. 2 is a diagram illustrating in more detail the configuration of each
[0041] Ссылаясь на фиг. 2, гальванический элемент 5 имеет квадратный (в форме практически прямоугольного параллелепипеда) кожух 51 батареи. Верхняя поверхность кожуха 51 батареи герметизируется посредством крышки 52. Первый конец каждого из контактного вывода 53 положительного электрода и контактного вывода 54 отрицательного электрода выступает из крышки 52 к внешней стороне. Вторые концы контактного вывода 53 положительного электрода и контактного вывода 54 отрицательного электрода соединяются с внутренним контактным выводом положительного электрода и внутренним контактным выводом отрицательного электрода (оба не показаны) в кожухе 51 батареи, соответственно. В кожухе 51 батареи размещается электродный узел 55. Электродный узел 55 формируется посредством наслаивания положительного электрода и отрицательного электрода через сепаратор и обмотки многослойного материала. Электролит сохраняется посредством положительного электрода, отрицательного электрода, сепаратора и т.п.[0041] Referring to FIG. 2, the
[0042] Для положительного электрода, сепаратора и электролита, известные конфигурации и материалы связаны так, как положительный электрод, сепаратор и электролит литий-ионной аккумуляторной батареи могут использоваться, соответственно. В качестве примера, для положительного электрода, может использоваться троичный материал, в котором часть оксида лития и кобальта заменяется посредством никеля и марганца. Для сепаратора, может использоваться полиолефин (например, полиэтилен или полипропилен). Электролит содержит органический растворитель (например, смешанный растворитель из диметилкарбоната (DMC), этилметилкарбоната (EMC) и этиленкарбоната (EC)), литиевую соль (например, LiPF6), добавку (например, бис(оксалат)борат линия (LiBOB) или Li [PF2(C2O4)2]) и т.п.[0042] For a positive electrode, a separator and an electrolyte, known configurations and materials are related such that a positive electrode, a separator and an electrolyte of a lithium-ion battery can be used, respectively. As an example, for a positive electrode, a ternary material can be used in which a portion of lithium and cobalt oxide is replaced by nickel and manganese. For the separator, a polyolefin (e.g., polyethylene or polypropylene) may be used. The electrolyte contains an organic solvent (e.g., a mixed solvent of dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC) and ethylene carbonate (EC)), a lithium salt (e.g. LiPF 6 ), an additive (e.g. bis (oxalate) borate line (LiBOB) or Li [PF 2 (C2O4) 2 ]) and the like.
[0043] Конфигурация гальванического элемента не ограничена конкретным образом, и гальванический элемент может иметь конфигурацию, в которой электродный узел имеет многослойную структуру вместо намотанной структуры. Кожух батареи не ограничен квадратным кожухом батареи, и может использоваться цилиндрический или многослойный кожух батареи.[0043] The configuration of the cell is not particularly limited, and the cell may have a configuration in which the electrode assembly has a multilayer structure instead of a wound structure. The battery case is not limited to a square battery case, and a cylindrical or multilayer battery case may be used.
Гистерезис кривой SOC-OCVSOC-OCV curve hysteresis
[0044] В предшествующем уровне техники, типичное активное вещество отрицательного электрода литий-ионной аккумуляторной батареи представляет собой материал на основе углерода, такой как графит. Напротив, в варианте осуществления, композиционный материал из материала на основе кремния (Si или SiO) и графита используется в качестве активного вещества отрицательного электрода. Это обусловлено тем, что в случае, если материал на основе кремния включен, плотность энергии батареи 4 увеличивается, за счет этого увеличивая полную зарядную емкость батареи 4. С другой стороны, в случае если материал на основе кремния включен, гистерезис заметно появляется в батарее 4.[0044] In the prior art, a typical negative electrode active substance of a lithium ion secondary battery is a carbon based material such as graphite. In contrast, in an embodiment, a composite material of a material based on silicon (Si or SiO) and graphite is used as the active substance of the negative electrode. This is because if the silicon-based material is turned on, the energy density of the
[0045] Фиг. 3 является графиком, показывающим пример кривой SOC-OCV батареи 4 в варианте 1 осуществления. На фиг. 3 и фиг. 10A-фиг. 11, описанных ниже, горизонтальная ось представляет SOC батареи 4, и вертикальная ось представляет OCV батареи 4. В этом подробном описании, OCV означает напряжение в состоянии, в котором напряжение аккумуляторной батареи в достаточной степени ослабляется, т.е. в состоянии, в котором ослабляется распределение концентрации (в варианте осуществления, распределение концентрации лития) носителей заряда в активном веществе.[0045] FIG. 3 is a graph showing an example SOC-OCV curve of a
[0046] На фиг. 3, показаны зарядная кривая CHG и разрядная кривая DCH батареи 4. Зарядная кривая CHG получается посредством повторения заряда и приостановки (прекращения заряда) после того, как батарея 4 переводится в полностью разряженное состояние. Разрядная кривая DCH получается посредством повторения разряда и приостановки (прекращения разряда) после того, как батарея 4 переводится в полностью заряженное состояние.[0046] FIG. 3, the charging curve CHG and the discharge curve DCH of the
[0047] Подробно, зарядная кривая CHG может получаться следующим образом. Во-первых, батарея 4 в полностью разряженном состоянии подготавливается и заряжается, например, с величиной электричества, соответствующей SOC в 5%. После того, как величина электричества заряжается, заряд прекращается, и батарея 4 оставляется в этом состоянии в течение времени (например, в течение 30 минут) до тех пор, пока не будет исключена поляризация, вызываемая посредством заряда. После того, как время оставления истекло, OCV батареи 4 измеряется. Затем комбинация (SOC и OCV) SOC (=5%) после заряда и измеренного OCV проиллюстрирована на чертеже.[0047] In detail, the charging curve of CHG can be obtained as follows. Firstly, the
[0048] После этого, начинается заряд (заряд от SOC=5-10%) батареи 4 с величиной электричества, соответствующей SOC со следующими 5%. В случае если заряд завершается, аналогично, OCV батареи 4 измеряется после того, как время оставления истекло. Затем состояние (комбинация SOC и OCV) батареи 4 проиллюстрировано снова из результата измерений OCV. После этого, идентичная процедура повторяется до тех пор, пока батарея 4 не достигнет полностью заряженного состояния. Зарядная кривая CHG может получаться посредством выполнения такого измерения.[0048] After that, the charge (charge from SOC = 5-10%) of
[0049] Аналогично, до тех пор, пока батарея 4 не достигнет полностью разряженного состояния из полностью заряженного состояния, OCV батареи 4 в SOC с интервалами в 5% измеряется при повторении разряда и прекращения разряда батареи 4 по очереди. Разрядная кривая DCH может получаться посредством выполнения такого измерения. Полученная зарядная кривая CHG и разрядная кривая DCH сохраняются в запоминающем устройстве 100B ECU 100.[0049] Similarly, until the
[0050] OCV на зарядной кривой CHG упоминается как "зарядное OCV", и OCV на разрядной кривой DCH упоминается как "разрядное OCV". Зарядное OCV указывает наибольшее значение OCV при каждом SOC, и разрядное OCV указывает наименьшее значение OCV при каждом SOC. Состояние батареи 4 проиллюстрировано на зарядном OCV, разрядном OCV или области (в дальнейшем в этом документе называемой "промежуточной областью A"), окруженной посредством зарядного OCV и разрядного OCV (см. фиг. 10A-11, описанные ниже). Отклонение между зарядным OCV и разрядным OCV (например, возникновение разности напряжений приблизительно в 100 мВ) представляет присутствие гистерезиса в батарее 4.[0050] An OCV on the CHG charge curve is referred to as a “charge OCV”, and an OCV on the DCH charge curve is referred to as a “charge OCV”. The charging OCV indicates the highest OCV at each SOC, and the discharge OCV indicates the lowest OCV at each SOC. The state of the
[0051] В случае если композиционный материал, включающий в себя как материал на основе кремния, так и графит, используется в качестве активного вещества отрицательного электрода, как показано на фиг. 3, область SOC, в которой возникает значительный гистерезис батареи 4, ограничена областью частичного SOC (на фиг. 3, областью SOC меньше Sc). Значение Sc может получаться посредством выполнения вышеописанного измерения заранее.[0051] In the case where a composite material including both silicon-based material and graphite is used as the active substance of the negative electrode, as shown in FIG. 3, the SOC region in which significant hysteresis of the
Поверхностное механическое напряжение активного вещества отрицательного электродаThe surface mechanical stress of the active substance of the negative electrode
[0052] В качестве фактора, для которого гистерезис возникает в батарее 4, рассматривается изменение объема активного вещества отрицательного электрода с зарядом и разрядом. Активное вещество отрицательного электрода расширяется с внедрением лития (носителей заряда) и сжимается с десорбцией лития. Такое изменение объема активного вещества отрицательного электрода приводит к механическому напряжению на поверхности и в активном веществе отрицательного электрода, и даже в состоянии, в котором концентрация лития в активном веществе отрицательного электрода ослабляется, механическое напряжение остается на поверхности отрицательного электрода. Механическое напряжение, остающееся на поверхности отрицательного электрода, считается механическим напряжением в состоянии, в котором балансируются механическое напряжение, сформированное в активном веществе отрицательного электрода, и различные виды силы, включающей в себя силу реакции, которая должна прикладываться из периферийного элемента (связующего, проводящего вспомогательного средства и т.п.) активного вещества отрицательного электрода к активному веществу отрицательного электрода, с изменением объема активного вещества отрицательного электрода. В дальнейшем в этом документе, механическое напряжение описывается как "поверхностное механическое напряжение σsurf".[0052] As a factor for which hysteresis occurs in the
[0053] Величина изменения объема материала на основе кремния с внедрением или десорбцией лития превышает величину изменения объема графита. В частности, в случае если минимальный объем в состоянии, в котором литий не внедряется, используется в качестве опорного, в то время как величина изменения объема (скорость расширения) графита с внедрением лития составляет приблизительно 1,1 раз, величина изменения объема материала на основе кремния максимум составляет приблизительно четыре раза. По этой причине, в случае если активное вещество отрицательного электрода включает в себя материал на основе кремния, поверхностное механическое напряжение σsurf увеличивается по сравнению со случаем, в котором активное вещество отрицательного электрода не включает в себя материал на основе кремния (в случае, если активное вещество отрицательного электрода представляет собой графит).[0053] The amount of change in the volume of the silicon-based material with the incorporation or desorption of lithium exceeds the amount of change in the volume of graphite. In particular, if the minimum volume in the state in which lithium is not embedded is used as a reference, while the volume change (expansion rate) of graphite with lithium incorporation is approximately 1.1 times, the material volume change based on silicon maximum is approximately four times. For this reason, if the active substance of the negative electrode includes silicon-based material, the surface mechanical stress σ surf increases compared to the case in which the active substance of the negative electrode does not include silicon-based material (in the case where the active negative electrode substance is graphite).
[0054] Поверхностное механическое напряжение σsurf может измеряться (оцениваться) через тонкопленочную оценку. В дальнейшем описывается просто пример способа измерения поверхностного механического напряжения σsurf. Во-первых, измеряется изменение кривизны κ отрицательного электрода в качестве тонкой пленки, деформированной посредством поверхностного механического напряжения σsurf. Например, кривизна κ может оптически измеряться с использованием предлагаемой на рынке системы измерения радиуса кривизны. Затем поверхностное механическое напряжение σsurf может вычисляться посредством подстановки измеренной кривизны κ и константы (модуля Юнга, коэффициента Пуассона, толщины и т.п.), определенной согласно материалу и форме отрицательного электрода (активного вещества отрицательного электрода и периферийный элемент), в формулу Стонея (на предмет подробностей измерения механического напряжения, например, см. работу "In Situ Measurements of Stress-Potential Coupling in Lithiated Silicon", авторов V. A. Sethuraman и др., Journal of The Electrochemical Society, 157(11) A1253-A1261 (2010)).[0054] The surface mechanical stress σ surf can be measured (evaluated) through a thin-film assessment. In the following, a simple example of a method for measuring surface mechanical stress σ surf is described. First, the change in the curvature κ of the negative electrode is measured as a thin film deformed by surface surfacing σ surf . For example, the curvature κ can be measured optically using a commercially available radius of curvature measurement system. Then, the surface mechanical stress σ surf can be calculated by substituting the measured curvature κ and the constant (Young's modulus, Poisson's ratio, thickness, etc.) determined according to the material and shape of the negative electrode (active substance of the negative electrode and peripheral element), in the Stoney formula (for details of measuring mechanical stress, for example, see "In Situ Measurements of Stress-Potential Coupling in Lithiated Silicon", authors VA Sethuraman et al., Journal of The Electrochemical Society, 157 (11) A1253-A1261 (2010) )
[0055] Потенциал V2 отрицательного электрода определяется посредством поверхностного состояния активного вещества отрицательного электрода. Подробнее, потенциал V2 отрицательного электрода определяется посредством количества лития (θ2, описанного ниже) на поверхности активного вещества отрицательного электрода и поверхностного механического напряжения σsurf (см. выражение (20), описанное ниже). В случае если используется материал, который может приводить к большому изменению объема с зарядом и разрядом, такой как материал на основе кремния, как описано ниже, поверхностное механическое напряжение σsurf изменяется с увеличением или уменьшением количества лития в активном веществе отрицательного электрода, за счет чего потенциал U2 разомкнутой цепи отрицательного электрода может увеличиваться или уменьшаться.[0055] The potential V 2 of the negative electrode is determined by the surface state of the active substance of the negative electrode. In more detail, the potential V 2 of the negative electrode is determined by the amount of lithium (θ 2 described below) on the surface of the active substance of the negative electrode and the surface mechanical stress σ surf (see expression (20) described below). If a material is used that can lead to a large change in the volume with charge and discharge, such as a silicon-based material, as described below, the surface mechanical stress σ surf changes with an increase or decrease in the amount of lithium in the active substance of the negative electrode, due to which the potential of the open circuit U 2 of the negative electrode may increase or decrease.
[0056] Фиг. 4 является графиком, схематично показывающим изменение потенциала разомкнутой цепи отрицательного электрода с зарядом и разрядом батареи в случае, когда в качестве отрицательного электрода используется простое вещество из кремния. На фиг. 4, горизонтальная ось представляет количество θSi лития на поверхности кремниевого активного вещества отрицательного электрода, и вертикальная ось представляет потенциал USi разомкнутой цепи отрицательного электрода. То же применимо к фиг. 10A-11, описанным ниже.[0056] FIG. 4 is a graph schematically showing a change in the potential of an open circuit of a negative electrode with a charge and discharge of a battery when a simple silicon substance is used as the negative electrode. In FIG. 4, the horizontal axis represents the amount θ Si of lithium on the surface of the negative electrode silicon active substance, and the vertical axis represents the open electrode potential U Si of the negative electrode. The same applies to FIG. 10A-11 described below.
[0057] На фиг. 4, схематично показан пример изменения потенциала USi разомкнутой цепи отрицательного электрода простого вещества кремния в случае, если, во-первых, заряд и прекращение заряда повторяется для каждого SOC в несколько % от состояния количества θSi_SOC0 лития, соответствующего SOC=0%, до состояния количества θSi_SOC100 лития, соответствующего SOC=100%, и затем, разряд и прекращение разряда повторяются для каждого SOC в несколько % от состояния количества θSi_SOC100 лития до состояния количества θSi_SOC0 лития.[0057] FIG. 4, a diagram illustrates an example of a change in the open-circuit potential U Si of the negative electrode of a simple silicon substance in the case if, firstly, the charge and cessation of charge are repeated for each SOC in a few% of the state of lithium quantity θ Si_SOC0 corresponding to SOC = 0%, to the state of the quantity θ Si_SOC100 of lithium corresponding to SOC = 100%, and then, discharge and cessation of discharge are repeated for each SOC in a few% from the state of the number θ Si_SOC100 of lithium to the state of the quantity θ Si_SOC0 of lithium.
[0058] Результат, показанный на фиг. 4, может получаться посредством оценки для гальванического элемента, включающего в себя положительный электрод и отрицательный электрод, сформированные из простого вещества кремния, посредством обеспечения в гальваническом элементе эталонного электрода. Альтернативно, результат, показанный на фиг. 4, может получаться посредством оценки для гальванического полуэлемента, включающего в себя кремниевый отрицательный электрод и металлический литий противоэлектрода.[0058] The result shown in FIG. 4 can be obtained by evaluating for a galvanic cell including a positive electrode and a negative electrode formed from a simple silicon substance, by providing a reference electrode in the galvanic cell. Alternatively, the result shown in FIG. 4 can be obtained by evaluating for a galvanic half cell including a silicon negative electrode and a lithium metal counter electrode.
[0059] В условиях непрерывной зарядки на поверхности активного материала кремниевого отрицательного электрода генерируется, главным образом, предел σcom текучести при сжатии (поверхностное напряжение σsurf становится пределом текучести при сжатии σcom). В этом случае потенциал разомкнутого контура кремниевого отрицательного электрода уменьшается по сравнению с идеальным (виртуальным) состоянием, в котором поверхностное напряжение σsurf не создается. В последующем описании идеальное состояние, в котором поверхностное напряжение σsurf не генерируется, называется «идеальным состоянием». В условиях непрерывной разрядки на поверхности активного материала кремниевого отрицательного электрода в основном генерируется предел σten текучести при растяжении (поверхностное напряжение σsurf становится поверхностным пределом σten текучести при растяжении). В этом случае потенциал разомкнутого контура кремниевого отрицательного электрода увеличивается по сравнению с идеальным состоянием.[0059] Under conditions of continuous charging on the surface of the active material of the silicon negative electrode, mainly the compressive yield stress σ com is generated (surface stress σ surf becomes the compressive yield stress σ com ). In this case, the open-loop potential of the silicon negative electrode decreases compared to the ideal (virtual) state in which the surface stress σ surf is not created. In the following description, an ideal state in which a surface stress σ surf is not generated is called an “ideal state”. The continuous discharge conditions on the surface of the silicon active material of the negative electrode is mainly generated limit σ ten tensile stress (σ surf surface tension becomes shallow limit σ ten tensile yield). In this case, the open-loop potential of the silicon negative electrode increases compared to the ideal state.
[0060] В случае если потенциал USi разомкнутой цепи отрицательного электрода снижается по сравнению с идеальным состоянием, OCV в качестве разности (=U1-USi) между потенциалом U1 разомкнутой цепи положительного электрода и потенциалом USi разомкнутой цепи отрицательного электрода увеличивается, и в случае, если потенциал USI разомкнутой цепи отрицательного электрода увеличивается, OCV снижается. Таким образом, в случае если активное вещество отрицательного электрода представляет собой материал на основе кремния, зарядное OCV и разрядное OCV отклоняются друг от друга, с изменением потенциала USi разомкнутой цепи отрицательного электрода вследствие поверхностного механического напряжения σsurf. По этой причине, потенциал USi разомкнутой цепи отрицательного электрода вычисляется с учетом влияния поверхностного механического напряжения σsurf, за счет чего можно вычислять OCV с высокой точностью и за счет этого повышать точность оценки SOC для батареи, использующей материал на основе кремния в качестве отрицательного электрода.[0060] In the case where the negative electrode open circuit potential U Si decreases compared to the ideal state, OCV as the difference (= U 1 -U Si ) between the positive electrode open circuit potential U 1 and the negative electrode open circuit potential U Si increases, and in the event that the potential U SI of the open circuit of the negative electrode increases, the OCV decreases. Thus, in the case where the active substance of the negative electrode is a silicon-based material, the charging OCV and the discharge OCV deviate from each other, with a change in the potential U Si of the open circuit of the negative electrode due to surface surfacing stress σ surf . For this reason, the potential U Si of the open circuit of the negative electrode is calculated taking into account the influence of surface mechanical stress σ surf , due to which it is possible to calculate OCV with high accuracy and thereby increase the accuracy of SOC estimation for a battery using a silicon-based material as a negative electrode .
Модель батареиBattery model
[0061] Далее подробно описывается модель батареи (модель активного вещества), которая используется для оценки внутреннего состояния батареи 4 в варианте 1 осуществления. В варианте 1 осуществления, используется трехчастичная модель, в которой положительный электрод типично представляется посредством одного активного вещества (одной частицы), и отрицательный электрод типично представляется посредством двух частиц посредством материала активного вещества отрицательного электрода.[0061] The following describes in detail a battery model (active substance model) that is used to evaluate the internal state of the
[0062] Фиг. 5 является схемой, иллюстрирующей трехчастичную модель. Ссылаясь на фиг. 5, в трехчастичной модели варианта 1 осуществления, положительный электрод батареи 4 представляется как одна частица, сформированная из активного вещества положительного электрода (например, троичного материала). Частица описывается как "частица 1 положительного электрода" для упрощения. Отрицательный электрод представляется как две частицы. Первая частица (модель первого активного вещества) формируется из материала на основе кремния в активном веществе отрицательного электрода, и вторая частица (модель второго активного вещества) формируется из графита в активном веществе отрицательного электрода. Для упрощения, первая частица упоминается как "кремниевая частица 21", а вторая частица упоминается как "графитовая частица 22". Потенциал кремниевой частицы 21 описывается как "потенциал VSi кремния", а потенциал графитовой частицы 22 описывается как "потенциал Vgra графита".[0062] FIG. 5 is a diagram illustrating a three-particle model. Referring to FIG. 5, in the three-particle model of
[0063] Фиг. 5 показывает форму во время разряда батареи 4. Во время разряда батареи 4, ионы лития (указываемые посредством Li+) выделяются на поверхности раздела между кремниевой частицей 21 и электролитом и поверхности раздела между графитовой частицей 22 и электролитом. Ток, протекающий в кремниевой частице 21 с выделением ионов лития, упоминается как "ток ISi кремния", и ток, протекающий в графитовой частице 22 с выделением ионов лития, упоминается как "ток Igra графита". Полный ток, протекающий в батарее 4, представляется посредством IT. Как следует понимать из фиг. 5, в трехчастичной модели варианта осуществления, полный ток IT распределяется на ток ISi кремния и ток Igra графита.[0063] FIG. 5 shows the shape during the discharge of the
[0064] Во время заряда батареи 4, в то время как направление тока изменено на противоположное относительно направления, показанного на фиг. 5 (не показано), взаимосвязь распределения полного тока IT на ток ISi кремния и ток Igra графита является идентичной. В этом подробном описании, ток во время заряда показан как отрицательный, и ток во время разряда показан как положительный.[0064] During charging of the
[0065] Как описано ниже, в трехчастичной модели варианта 1 осуществления, вычисляется распределение концентраций лития в каждой частице из частицы 1 положительного электрода, кремниевой частицы 21 и графитовой частицы 22.[0065] As described below, in the three-particle model of
[0066] Фиг. 6 является схемой, иллюстрирующей способ вычисления распределений концентраций лития в частице 1 положительного электрода, кремниевой частице 21 и графитовой частице 22. Ссылаясь на фиг. 6, в трехчастичной модели, в сферической частице 1 положительного электрода, предполагается, что распределение концентраций лития в периферийном направлении полярных координат является равномерным, и учитывается только распределение концентраций лития в радиальном направлении полярных координат. Другими словами, внутренний режим частицы 1 положительного электрода представляет собой одномерную модель, в которой направление перемещения лития ограничено радиальным направлением.[0066] FIG. 6 is a diagram illustrating a method for calculating lithium concentration distributions in a
[0067] Частица 1 положительного электрода виртуально разделяется на N (где N: натуральное число, равное или большее 2) областей в радиальном направлении. Области отличаются друг от друга посредством дополнительного символа k (где k=1-N). Концентрация c1k лития в области k представляется как функция позиции r1k области k в радиальном направлении частицы 1 положительного электрода и времени t (см. выражение (1), описанное ниже).[0067] The
[0068] Хотя в дальнейшем описывается подробный способ вычисления, в варианте осуществления, концентрация cs1k лития каждой области k вычисляется (т.е. распределение концентраций лития вычисляется), и вычисленная концентрация c1k лития нормализуется. В частности, как показано в выражении (2), отношение вычисленного значения концентрации c1k лития к максимальному значению c1,max (в дальнейшем в этом документе называемое "предельной концентрацией лития") концентрации лития вычисляется для каждой области k. Предельная концентрация c1,max лития представляет собой концентрацию, определенную согласно типу активного вещества положительного электрода, и известна через документы.[0068] Although a detailed calculation method is described below , in an embodiment, the lithium concentration c s1k of each region k is calculated (ie, the distribution of lithium concentrations is calculated), and the calculated lithium concentration c 1k is normalized. In particular, as shown in expression (2), the ratio of the calculated lithium concentration c 1k to the maximum value c 1, max (hereinafter referred to as the "limiting lithium concentration") lithium concentration is calculated for each region k. The limit concentration c 1, max lithium is the concentration determined according to the type of active substance of the positive electrode, and is known through documents.
[0069] В дальнейшем в этом документе, θ1k в качестве значения после нормализации упоминается как "локальное количество лития" области k. Локальное количество θ1k лития принимает значение в диапазоне от 0 до 1 согласно количеству лития, включенному в область k частицы 1 положительного электрода. Локальное количество θ1N лития в крайней внешней периферийной области N (т.е. на поверхности частицы 1 положительного электрода), где k=N упоминается как "поверхностное количество θ1_surf лития". Как показано в выражении (3), описанном ниже, получается сумма произведений объема ν1k и локального количества θ1k лития области k (где k=1-N), и значение, полученное посредством деления суммы на объем частицы 1 положительного электрода (объем активного вещества положительного электрода), упоминается как "среднее количество лития" и представляется посредством θ1_ave.[0069] Hereinafter, θ 1k is referred to as the "local amount of lithium" of the region k as a value after normalization. The local amount θ 1k of lithium assumes a value in the range from 0 to 1 according to the amount of lithium included in the region k of the
[0070] Хотя частица (частица 1 положительного электрода), представляющая активное вещество положительного электрода, описывается в качестве примера на фиг. 6, способ вычисления распределений концентраций лития и (распределений) локальных количеств лития в частицах (кремниевой частицы 21 и графитовой частицы 22), представляющих активное вещество отрицательного электрода, является идентичным. Хотя число разделенных областей между частицей 1 положительного электрода и кремниевой частицей 21 и число разделенных областей между частицей 1 положительного электрода и графитовой частицей 22 могут отличаться друг от друга, в варианте осуществления, оба из чисел разделенных областей могут составлять N.[0070] Although the particle (positive electrode particle 1) representing the active substance of the positive electrode is described as an example in FIG. 6, a method for calculating the distributions of lithium concentrations and (distributions) of local amounts of lithium in the particles (
[0071] Фиг. 7A и 7B являются таблицами, иллюстрирующими параметры (переменные и константы), которые должны использоваться в модели батареи. Фиг. 8 является таблицей, иллюстрирующей дополнительные символы (подстрочные индексы), которые должны использоваться в модели батареи. Как показано на фиг. 7A-8, дополнительный символ i служит для того, чтобы различать между тремя частицами, и i=1, Si или gra. Случай, в котором i=1, означает то, что параметры являются значениями в частице 1 положительного электрода, случай, в котором i=Si, означает то, что параметры являются значениями в кремниевой частице 21, и случай, в котором i=gra, означает то, что параметры являются значениями в графитовой частице 22. Из параметров, которые должны использоваться в модели батареи, параметры с присоединенным дополнительным символом e означают значения в электролите, и параметры с присоединенным дополнительным символом s означают значения в активном веществе.[0071] FIG. 7A and 7B are tables illustrating the parameters (variables and constants) that should be used in the battery model. FIG. 8 is a table illustrating additional characters (subscripts) to be used in a battery model. As shown in FIG. 7A-8, the additional symbol i serves to distinguish between three particles, and i = 1, Si or gra. The case in which i = 1 means that the parameters are values in
Функциональные блокиFunction blocks
[0072] Хотя различные компоненты потенциала, которые вычисляются через обработку вычисления потенциала, могут использоваться для различных видов обработки или управления, в варианте 1 осуществления, конфигурация, в которой "обработка оценки SOC" для оценки SOC батареи 4 выполняется на основе результата обработки вычисления потенциала. В варианте осуществления, до оценки SOC батареи 4, многократно выполняется последовательность обработки (вычислительной обработки с использованием итерационного способа) для определения того, как полный ток IT распределяется на ток (ток ISi кремния), протекающий в кремниевой частице 21, и ток (ток Igra графита), протекающий в графитовой частице 22.[0072] Although various potential components that are calculated through potential calculation processing can be used for various types of processing or control, in
[0073] Фиг. 9 является функциональной блок-схемой ECU 100, связанной с обработкой вычисления потенциала и обработкой оценки SOC в варианте 1 осуществления. Ссылаясь на фиг. 9, ECU 100 включает в себя модуль 110 задания параметров, модуль 121 вычисления плотности обменного тока, модуль 122 вычисления перенапряжения при реакции, модуль 131 вычисления распределения концентраций, модуль 132 вычисления количества лития, модуль 133 вычисления поверхностного механического напряжения, модуль 134 вычисления величины изменения потенциала разомкнутой цепи, модуль 135 вычисления потенциала разомкнутой цепи, модуль 141 вычисления разности концентраций соли, модуль 142 вычисления перенапряжения концентрации соли, модуль 151 определения условий сходимости, модуль 152 распределения тока и модуль 160 оценки SOC.[0073] FIG. 9 is a functional block diagram of an
[0074] Модуль 110 задания параметров выводит параметры, которые должны использоваться при вычислении в других функциональных блоках. В частности, модуль 110 задания параметров принимает напряжение VB батареи 4 из датчика 71 напряжения и принимает температуру TB аккумуляторного модуля (не показан) из температурного датчика 72. Модуль 110 задания параметров задает напряжение VB в качестве измеренного напряжения Vmeas батареи 4 и преобразует температуру TB в абсолютную температуру T (единицы: градусы Кельвина). Измеренное напряжение Vmeas и абсолютная температура T (или температура TB) выводятся в другие функциональные блоки. Поскольку абсолютная температура T выводится из множества функциональных блоков, чтобы не допускать усложнения чертежей, стрелки, указывающие передачу абсолютной температуры T, опускаются.[0074] The
[0075] Помимо этого, модуль 110 задания параметров выводит коэффициенты Ds1, Ds_Si, Ds_gra диффузии в модуль 131 вычисления распределения концентраций. В качестве коэффициентов Ds1, Ds_Si, Ds_gra диффузии, желательно, если различные значения (эти значения могут быть средними количествами лития или поверхностными количествами лития) могут задаваться согласно локальным количествам θ1, θSi, θgra лития, соответственно.[0075] In addition, the
[0076] Хотя ниже описываются подробности, при вычислительной обработке с использованием итерационного способа, которая должна выполняться посредством модуля 151 определения условий сходимости и модуля 152 распределения тока, в качестве параметров, заданных переменными, используются ток ISi кремния, ток Igra графита и полный ток IT. Модуль 110 задания параметров принимает токи (ISi, Igra, IT), заданные посредством модуля 152 распределения тока во время предыдущего вычисления, и выводит эти токи в качестве параметров, которые должны использоваться при настоящем вычислении, в другие функциональные блоки.[0076] Although the details are described below, in computational processing using an iterative method, which must be performed by the convergence
[0077] Модуль 121 вычисления плотности обменного тока принимает абсолютную температуру T из модуля 110 задания параметров и принимает поверхностное количество θ1_surf лития частицы 1 положительного электрода, поверхностное количество θSi_surf лития для кремниевой частицы 21 и поверхностное количество θgra_surf лития для графитовой частицы 22 из модуля 132 вычисления количества лития. Модуль 121 вычисления плотности обменного тока вычисляет плотность i0_1 обменного тока частицы 1 положительного электрода, плотность i0_Si обменного тока кремниевой частицы 21 и плотность i0_gra обменного тока графитовой частицы 22 на основе параметров, принимаемых из других функциональных блоков.[0077] The exchange current
[0078] Подробнее, плотность i0_1 обменного тока представляет собой плотность тока, когда плотность анодного тока, соответствующая окислительной реакции в частице 1 положительного электрода, и плотность катодного тока, соответствующая восстановительной реакции в частице 1 положительного электрода, становятся равными друг другу. Плотность i0_1 обменного тока имеет характеристику в зависимости от поверхностного количества θ1_surf лития частицы 1 положительного электрода и абсолютной температуры T. Соответственно, карта (не показана), указывающая взаимосвязь соответствия плотности i0_1 обменного тока, поверхностного количества θ1_surf лития и абсолютной температуры T, подготавливается заранее, за счет чего плотность i0_1 обменного тока может вычисляться из поверхностного количества θ1_surf лития (описано ниже), вычисленного посредством модуля 132 вычисления количества лития, и абсолютной температуры T. То же применимо к плотности i0_Si обменного тока кремниевой частицы 21 и плотности i0_gra обменного тока графитовой частицы 22, и в силу этого описание не повторяется.[0078] In more detail, the exchange current density i 0_1 is the current density when the anode current density corresponding to the oxidation reaction in the
[0079] Модуль 122 вычисления перенапряжения при реакции принимает абсолютную температуру T из модуля 110 задания параметров и принимает ток ISi кремния, ток Igra графита и полный ток IT из модуля 110 задания параметров. Модуль 122 вычисления перенапряжения при реакции также принимает плотности i0_1, i0_Si, i0_gra обменного тока из модуля 121 вычисления плотности обменного тока. Затем модуль 122 вычисления перенапряжения при реакции вычисляет перенапряжение η1 при реакции (перенапряжение положительного электрода) частицы 1 положительного электрода, перенапряжение ηSi при реакции (перенапряжение кремния) кремниевой частицы 21 и перенапряжение ηgra при реакции (перенапряжение графита) графитовой частицы 22 согласно выражениям (4)-(6), описанным ниже, которые должны извлекаться из выражения отношения Батлера-Фольмера, соответственно. Перенапряжение при реакции также упоминается как перенапряжение при активационной поляризации и представляет собой перенапряжение, связанное с реакцией при переносе заряда (реакцией внедрения и десорбции лития). Вычисленное перенапряжение η1, ηSi, ηgra при реакции выводится в модуль 152 распределения тока.[0079] The reaction overvoltage
[0080] Модуль 131 вычисления распределения концентраций принимает коэффициент Ds1 диффузии лития в частице 1 положительного электрода из модуля 110 задания параметров. Модуль 131 вычисления распределения концентраций вычисляет распределение концентраций лития в частице 1 положительного электрода посредством решения выражения (7), описанного ниже в качестве уравнения диффузии системы полярных координат, трактующего активное вещество положительного электрода (частицу 1 положительного электрода) в качестве сферы на основе развития во времени. Поскольку величина изменения концентрации лития на поверхности (позиционируют r1=R1) частицы 1 положительного электрода является пропорциональной полному току IT, граничное условие уравнения диффузии (7) задается в качестве выражения (8).[0080] The concentration
[0081] В отношении графитовой частицы 22, аналогично, модуль 131 вычисления распределения концентраций вычисляет распределение концентраций лития в графитовой частице 22 посредством решения выражения (9) при граничном условии, показанном в выражении (10), описанном ниже, на основе развития во времени.[0081] With respect to the
[0082] Уравнение диффузии системы полярных координат относительно кремниевой частицы 21 представляется как выражение (11). Выражение (11) отличается от уравнений диффузии (выражений (7) и (9)) относительно двух других частиц (частицы 1 положительного электрода и графитовой частицы 22) тем, что диффузионный член для учета диффузии лития в кремниевой частице 21 вследствие поверхностного механического напряжения σsurf включен во второй член в правой стороне.[0082] The diffusion equation of the polar coordinate system relative to the
[0083] Подробнее, диффузионный член, получающийся в результате поверхностного механического напряжения σsur, представляется как выражение (12) с использованием гидростатического механического напряжения σh(r) кремниевой частицы 21 в электролите. В выражении (12), предполагается, что активное вещество отрицательного электрода (в модели батареи, кремниевая частица 21) не деформируется пластически, модуль Юнга и коэффициент Пуассона кремниевой частицы 21 в диапазоне пределов упругости представляются посредством E и ν, соответственно. Полное механическое напряжение, прикладываемое к кремниевой частице 21 из периферийного элемента, представляется посредством Fex.[0083] In more detail, the diffusion term resulting from the surface mechanical stress σ sur is represented as expression (12) using the hydrostatic mechanical stress σ h (r) of the
[0084] В случае если выражение (12), представляющее гидростатическое механическое напряжение σh(r), подставляется в выражение (11) в качестве уравнения диффузии, выражение (11) модифицируется следующим образом (см. выражение (13), описанное ниже).[0084] In the case where expression (12), representing the hydrostatic mechanical stress σ h (r), is substituted into expression (11) as a diffusion equation, expression (11) is modified as follows (see expression (13) described below) .
[0085] Выражение (13) деформируется в качестве выражения (15), описанного ниже, с использованием эффективного коэффициента Ds_Si eff диффузии, который должен задаваться посредством выражения (14). Поскольку эффективный коэффициент Ds_Si eff диффузии имеет положительное значение, из выражения (15) следует понимать, что поверхностное механическое напряжение σsurf прикладывается в направлении промотирования диффузии лития в кремниевой частице 21. Также следует понимать, что влияние поверхностного механического напряжения σsurf определяется согласно концентрации cs_Si лития в каждой точке (в каждой точке решетки, в которой вычисляется уравнение диффузии) в кремниевой частице 21.[0085] Expression (13) is deformed as expression (15) described below using the effective diffusion coefficient D s_Si eff , which must be specified by expression (14). Since the effective diffusion coefficient D s_Si eff has a positive value, it should be understood from expression (15) that the surface mechanical stress σ surf is applied in the direction of promoting lithium diffusion in the
[0086] Граничное условие уравнения диффузии (выражение (14)) представляется таким образом, что оно дополнительно включает в себя член в зависимости от гидростатического механического напряжения σh(r) в качестве выражения (16), описанного ниже по сравнению с граничными условиями (см. выражения (8) и (10)) относительно двух других частиц (частицы 1 положительного электрода и графитовой частицы 22).[0086] The boundary condition of the diffusion equation (expression (14)) is presented in such a way that it further includes a term depending on the hydrostatic mechanical stress σ h (r) as expression (16) described below in comparison with the boundary conditions ( see expressions (8) and (10)) with respect to the other two particles (
[0087] Таким образом, модуль 131 вычисления распределения концентраций вычисляет распределения концентраций лития в трех частицах (в частице 1 положительного электрода, кремниевой частице 21 и графитовой частице 22). Вычисленные распределения концентраций лития выводятся в модуль 132 вычисления количества лития.[0087] Thus, the concentration
[0088] Модуль 132 вычисления количества лития принимает распределения (cs1, cs_Si, cs_gra) концентраций лития в трех частицах из модуля 131 вычисления распределения концентраций, вычисляет различные количества лития и выводит количества лития в другие функциональные блоки.[0088] The lithium
[0089] В частности, модуль 132 вычисления количества лития вычисляет поверхностное количество θ1_surf лития частицы 1 положительного электрода на основе распределения cs1 концентраций лития частицы 1 положительного электрода (см. выражение (2)). Аналогично, модуль 132 вычисления количества лития вычисляет поверхностное количество θSi_surf лития для кремниевой частицы 21 на основе распределения cs_Si концентраций лития для кремниевой частицы 21 и вычисляет поверхностное количество θgra_surf лития для графитовой частицы 22 на основе распределения cs_gra концентраций лития для графитовой частицы 22. Вычисленные поверхностные количества θ1_surf, θSi_surf, θgra_surf лития выводятся в модуль 135 вычисления потенциала разомкнутой цепи.[0089] In particular, the lithium
[0090] Модуль 132 вычисления количества лития вычисляет среднее количество θ1_ave лития на основе распределения cs1 концентраций лития частицы 1 положительного электрода согласно выражению (3). Аналогично, модуль 132 вычисления количества лития вычисляет среднее количество θSi_ave лития для кремниевой частицы 21 на основе распределения cs_Si концентраций лития для кремниевой частицы 21 и вычисляет среднее количество θgra_ave лития для графитовой частицы 22 на основе распределения cs_gra концентраций лития для графитовой частицы 22. Вычисленное среднее количество θSi_ave лития выводится в модуль 133 вычисления поверхностного механического напряжения.[0090] The lithium
[0091] Модуль 133 вычисления поверхностного механического напряжения вычисляет поверхностное механическое напряжение σsurf на основе среднего количества θSi_ave лития из модуля 132 вычисления количества лития. Ниже подробно описывается способ вычисления поверхностного механического напряжения σsurf. Вычисленное поверхностное механическое напряжение σsurf выводится в модуль 134 вычисления величины изменения потенциала разомкнутой цепи. Вычисленное полное механическое напряжение Fex выводится в модуль 131 вычисления распределения концентраций.[0091] The surface mechanical
[0092] Модуль 134 вычисления величины изменения потенциала разомкнутой цепи вычисляет величину ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи на основе поверхностного механического напряжения σsurf из модуля 133 вычисления поверхностного механического напряжения. Величина ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи представляет собой величину изменения потенциала разомкнутой цепи кремниевой частицы 21 вследствие поверхностного механического напряжения σsurf. В случае если состояние, в котором не формируется поверхностное механическое напряжение σsurf, упоминается как "идеальное состояние", и потенциал разомкнутой цепи кремниевой частицы 21 в идеальном состоянии упоминается как "идеальный потенциал USi_sta разомкнутой цепи", величина ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи заменяется на величину отклонения потенциала разомкнутой цепи кремниевой частицы 21 вследствие поверхностного механического напряжения σsurf на основе идеального потенциала USi_sta разомкнутой цепи. Величина ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи вычисляется из поверхностного механического напряжения σsurf согласно выражению (17) с использованием величины Ω изменения объема соединения на основе кремния в расчете на моль лития и постоянной F Фарадея. Вычисленная величина ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи выводится в модуль 135 вычисления потенциала разомкнутой цепи.[0092] The open-circuit potential change
[0093] Модуль 135 вычисления потенциала разомкнутой цепи вычисляет потенциал U1 разомкнутой цепи частицы 1 положительного электрода на основе поверхностного количества θ1_surf лития частицы 1 положительного электрода из модуля 132 вычисления количества лития. Более конкретно, хотя частица 1 положительного электрода виртуально разделяется на области N в радиальном направлении, потенциал U1 разомкнутой цепи частицы 1 положительного электрода определяется согласно локальному количеству θ1N лития (поверхностному количеству θ1_surf лития) на поверхности частицы 1 положительного электрода в качестве крайней внешней периферийной области N (см. выражение (18), описанное ниже). По этой причине, карта (не показана), указывающая взаимосвязь соответствия между потенциалом U1 разомкнутой цепи и поверхностным количеством θ1_surf лития, создается посредством предварительного эксперимента, за счет чего потенциал U1 разомкнутой цепи может вычисляться из поверхностного количества θ1_surf лития. В отношении графитовой частицы 22, аналогично, модуль 135 вычисления потенциала разомкнутой цепи вычисляет потенциал Ugra разомкнутой цепи из поверхностного количества θgra_surf лития для графитовой частицы 22 посредством обращения к заданной карте (не показана) (см. выражение (19), описанное ниже).[0093] The open circuit
[0094] При вычислении потенциала USi разомкнутой цепи кремниевой частицы 21, учитывается влияние поверхностного механического напряжения σsurf. Потенциал USi разомкнутой цепи вычисляется посредством суммирования величины ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи с потенциалом USi_sta разомкнутой цепи кремниевой частицы 21 в состоянии, в котором поверхностное механическое напряжение σsurf не формируется, как показано в выражении (20), описанном ниже. Потенциалы U1, USi, Ugra разомкнутой цепи, вычисленные согласно выражениям (18)-(20), выводятся в модуль 152 распределения тока.[0094] When calculating the open-loop potential U Si of the
[0095] Концентрация ce литиевой соли в электролите может изменяться с зарядом и разрядом батареи 4, и градиент концентрации литиевой соли в электролите может возникать. Когда это происходит, перенапряжение ΔVe концентрации соли формируется между активным веществом положительного электрода (частицей 1 положительного электрода) и активным веществом отрицательного электрода (кремниевой частицей 21 и графитовой частицей 22) вследствие градиента концентрации литиевой соли и с большой вероятностью должно затрагивать потенциал V1 положительного электрода и потенциал V2 отрицательного электрода.[0095] The concentration c e of lithium salt in the electrolyte may vary with the charge and discharge of the
[0096] Модуль 141 вычисления разности концентраций соли вычисляет разность Δce концентраций литиевой соли между активным веществом положительного электрода и активным веществом отрицательного электрода. Поскольку разность Δce концентраций литиевой соли зависит от коэффициента De диффузии электролита, объемной доли εe электролита, транспортного числа t+0 ионов лития и тока (полного тока IT), например, разность Δce концентраций литиевой соли может вычисляться согласно выражениям (21)-(23), описанным ниже. Поскольку выражение (21) в качестве рекуррентного уравнения многократно решается в каждом заданном цикле вычисления в выражениях (21)-(23), цикл вычисления представляется посредством Δτ. Параметр с присоединенным t на плече (в верхней правой стороне) указывает параметр во время настоящего вычисления, и параметр с присоединенным (t-Δτ) на плече указывает параметр во время предыдущего вычисления. Вычисленная разность Δce концентраций выводится в модуль 142 вычисления перенапряжения концентрации соли.[0096] The salt
[0097] Модуль 142 вычисления перенапряжения концентрации соли вычисляет перенапряжение ΔVe концентрации соли из разности Δce концентраций литиевой соли, вычисленной посредством модуля 141 вычисления разности концентраций соли согласно выражению (24). Вычисленное перенапряжение ΔVe концентрации соли выводится в модуль 152 распределения тока.[0097] The salt concentration
[0098] Модуль 151 определения условий сходимости и модуль 152 распределения тока выполняют вычислительную обработку с использованием итерационного способа для вычисления различных компонентов потенциала батареи 4. В варианте осуществления, используется закон Ньютона в качестве одного из характерных итерационных способов. Следует отметить, что вид итерационного способа не ограничен этим, может использоваться решение нелинейного уравнения, такое как способ деления пополам или способ на основе секущих.[0098] The convergence
[0099] При вычислении вышеописанных функциональных блоков, используются токи (IT, ISi, Igra), протекающие в трех частицах, заданных посредством модуля 152 распределения тока во время предыдущего вычисления. Модуль 151 определения условий сходимости принимает результат вычисления на основе токов, заданных во время предыдущего вычисления, из других функциональных блоков. Подробнее, модуль 151 определения условий сходимости принимает перенапряжение η1, ηSi, ηgra при реакции из модуля 122 вычисления перенапряжения при реакции (см. выражения (4)-(6)), принимает потенциалы U1, USi, Ugra разомкнутой цепи из модуля 135 вычисления потенциала разомкнутой цепи (см. выражения (18)-(20)), принимает измеренное напряжение Vmeas (измеренное значение напряжения батареи 4) из модуля 110 задания параметров и принимает перенапряжение ΔVe концентрации соли из модуля 142 вычисления перенапряжения концентрации соли (см. выражение (24)). Модуль 151 определения условий сходимости (не показан) принимает сопротивление Rd постоянному току из модуля 110 задания параметров (ниже описываются подробности).[0099] When calculating the above function blocks, currents (I T , I Si , I gra ) flowing in three particles specified by the
[0100] Модуль 151 определения условий сходимости вычисляет напряжение батареи 4 из потенциала V1 положительного электрода, потенциала V2 отрицательного электрода, величины падения напряжения (=ITRd) вследствие сопротивления Rd постоянному току и перенапряжения ΔVe концентрации соли согласно выражению отношения (25), описанному выше, которое должно устанавливаться между напряжением и током. Вычисленное напряжение описывается как "вычисленное напряжение Vcalc", чтобы отличать от измеренного напряжения Vmeas (измеренного значения датчика 71 напряжения).[0100] The
[0101] В выражении (25), потенциал V1 положительного электрода вычисляется посредством выражения (26). Потенциал V2 отрицательного электрода вычисляется как равный потенциалу VSi кремния, показанному в выражении (27), и потенциалу Vgra графита, показанному в выражении (28) (V2=VSi=Vgra).[0101] In expression (25), the potential V 1 of the positive electrode is calculated by expression (26). The negative electrode potential V 2 is calculated as equal to the silicon potential V Si shown in expression (27) and the graphite potential V gra shown in expression (28) (V 2 = V Si = V gra ).
[0102] Затем модуль 151 определения условий сходимости определяет то, удовлетворяется или нет условие сходимости итерационного способа, посредством сравнения вычисленного напряжения Vcalc с измеренным напряжением Vmeas и сравнения потенциала VSi кремния с потенциалом Vgra графита. В частности, модуль 151 определения условий сходимости определяет то, практически совпадают или нет вычисленное напряжение Vcalc и измеренное напряжение Vmeas друг с другом (ошибка между этими напряжениями меньше первого заданного значения PD1), и практически совпадают или нет потенциал VSi кремния и потенциал Vgra графита друг с другом (ошибка между этими напряжениями меньше второго заданного значения PD2). В случае, если ошибка (=|Vcalc-Vmeas|) между вычисленным напряжением Vcalc и измеренным напряжением Vmeas равна или выше первого заданного значения PD1, или в случае, если ошибка (=|VSi-Vgra|) между потенциалом VSi кремния и потенциалом Vgra графита равна или выше второго заданного значения PD2, модуль 151 определения условий сходимости выводит, в модуль 152 распределения тока, результат определения того, что условие сходимости итерационного способа не удовлетворяется.[0102] Then, the convergence
[0103] В случае если результат определения в отношении того, что условие сходимости не удовлетворяется, принимается из модуля 151 определения условий сходимости, модуль 152 распределения тока обновляет токи (IT, ISi, Igra), протекающие в трех частицах, на значения для использования во время следующего вычисления. Подробнее, модуль 152 распределения тока задает ток ISi кремния и полный ток IT, которые должны использоваться во время следующего вычисления, из токов ISi кремния и полных токов IT, используемых во время предыдущего вычисления и во время настоящего вычисления, с использованием алгоритма на основе закона Ньютона (или способа деления пополам, способа на основе секущих и т.п.). Оставшийся ток Igra графита вычисляется из тока ISi кремния и полного тока IT согласно взаимосвязи между токами, показанной в выражении (29). Вычисленные токи выводятся в модуль 110 задания параметров. Затем значения тока после обновления используются во время следующего вычисления.[0103] If the determination result that the convergence condition is not satisfied is received from the convergence
[0104] Таким образом, модуль 151 определения условий сходимости и модуль 152 распределения тока выполняют вычислительную обработку итеративно до тех пор, пока ошибка между вычисленным напряжением Vcalc и измеренным напряжением Vmeas не станет меньше первого заданного значения PD1, и ошибка между потенциалом VSi кремния и потенциалом Vgra графита не станет меньше второго заданного значения PD2. В случае если обе из двух ошибок становятся меньше соответствующих заданных значений (PD1, PD2), выполняется определение в отношении того, что итеративная вычислительная обработка сходится, и модуль 151 определения условий сходимости выводит параметры (потенциал U1 разомкнутой цепи положительного электрода, поверхностное количество θi_surf лития и величину ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи), необходимые для оценки SOC, в модуль 160 оценки SOC.[0104] Thus, the convergence
[0105] Модуль 160 оценки SOC оценивает SOC батареи 4 на основе различных количеств (θ1_ave, θ1_SOC0, θ1_SOC100) лития частицы 1 положительного электрода. Ниже описывается способ оценки SOC.[0105] The
Вычисление поверхностного механического напряженияCalculation of surface stress
[0106] Далее подробно описывается способ вычисления поверхностного механического напряжения σsurf активного вещества из кремния. В нижеприведенном описании, состояние, представленное на характеристической схеме зависимости количества лития в кремниевом веществе от потенциала разомкнутой цепи отрицательного электрода в качестве комбинации (θSi, USi) количества θSi лития (например, среднего количества θSi_ave лития) кремниевого вещества и потенциала USi разомкнутой цепи кремниевого вещества, описывается как "состояние P". В частности, состояние P во время m-го (m является натуральным числом) вычисления представляется как "P(m)". В варианте осуществления, поверхностное механическое напряжение σsurf вычисляется с акцентированием внимания на переходе состояния P.[0106] A method for calculating a surface mechanical stress σ surf of an active substance from silicon is described in detail below. In the description below, the state shown in the characteristic diagram of the dependence of the amount of lithium in the silicon substance on the potential of the open circuit of the negative electrode as a combination of (θ Si , U Si ) the amount of θ Si lithium (for example, the average number θ Si_ave of lithium) of the silicon substance and the potential U Si open-circuit silicon substance, is described as the "state P". In particular, the state P during the mth (m is a natural number) calculation is represented as "P (m)". In an embodiment, the surface stress σ surf is calculated with emphasis on the state transition P.
[0107] Фиг. 10A-10E являются концептуальными схемами, иллюстрирующими переход состояния Р батареи на характеристической схеме зависимости количества лития на поверхности в кремниевом отрицательном электроде от потенциала разомкнутой цепи кремниевого отрицательного электрода. На фиг. 10A, показан пример, в котором состояние P(m) проиллюстрировано на зарядной кривой (указываемой посредством пунктирной линии).[0107] FIG. 10A-10E are conceptual diagrams illustrating a state transition P of a battery in a characteristic diagram of the dependence of the amount of lithium on a surface in a silicon negative electrode on the open potential of a silicon negative electrode. In FIG. 10A, an example is shown in which the state P (m) is illustrated on a charging curve (indicated by a dashed line).
[0108] В случае если заряд продолжается из состояния P(m), состояние P(m+1) в (m+1)-ом цикле вычисления поддерживается на зарядной кривой, как показано на фиг. 10B.[0108] If the charge continues from the state P (m), the state P (m + 1) in the (m + 1) -th calculation cycle is maintained on the charging curve, as shown in FIG. 10B.
[0109] В случае если разряд выполняется из состояния P(m), показанного на фиг. 10A, как показано на фиг. 10C, состояние P(m+1) в (m+1)-ом цикле вычисления отклоняется от зарядной кривой и проиллюстрировано в области между зарядной кривой и разрядной кривой (указываемой посредством штрихпунктирной линии с одной точкой). В случае если разряд продолжается, например, в (m+2)-ом цикле вычисления, состояние P(m+2) достигает разрядной кривой (см. фиг. 10D). В случае если разряд продолжается после этого, состояние P(m+3) поддерживается на разрядной кривой (см. фиг. 10E).[0109] In the event that the discharge is performed from the state P (m) shown in FIG. 10A, as shown in FIG. 10C, the state P (m + 1) in the (m + 1) -th calculation cycle deviates from the charge curve and is illustrated in the region between the charge curve and the discharge curve (indicated by a dash-dot line with one dot). If the discharge continues, for example, in the (m + 2) -th calculation cycle, the state P (m + 2) reaches the discharge curve (see Fig. 10D). If the discharge continues after this, the state P (m + 3) is maintained on the discharge curve (see Fig. 10E).
[0110] Фиг. 11 является графиком, иллюстрирующим способ вычисления поверхностного механического напряжения σsurf активного вещества из кремния. На фиг. 11, пример, в котором заряд и разряд выполняется в порядке состояний P(1)-P(8).[0110] FIG. 11 is a graph illustrating a method for calculating a surface mechanical stress σ surf of an active substance from silicon. In FIG. 11, an example in which charge and discharge are performed in the state order P (1) -P (8).
[0111] Подробнее, во-первых, разряд начинается из состояния P(1) на разрядной кривой, и разряд продолжается до состояния P(3). Состояния P(2), P(3) поддерживаются на разрядной кривой. Затем в состоянии P(3), выполняется переключение с разряда на заряд. Состояния P(4), P(5) после заряда начинают переход в области между зарядной кривой и разрядной кривой. После этого, состояние P(6) проиллюстрировано на зарядной кривой. Хотя заряд дополнительно продолжается, состояние P поддерживается на зарядной кривой (см. состояния P(7), P(8)).[0111] In more detail, firstly, the discharge starts from the state P (1) on the discharge curve, and the discharge continues to the state P (3). The states P (2), P (3) are supported on the discharge curve. Then, in state P (3), switching from discharge to charge is performed. The states P (4), P (5) after the charge begin a transition in the region between the charge curve and the discharge curve. After that, state P (6) is illustrated on the charging curve. Although the charge continues, the state P is maintained on the charging curve (see states P (7), P (8)).
[0112] В состояниях P(1)-P(3), которые проиллюстрированы на разрядной кривой, поверхностное механическое напряжение σsurf переходит через предел текучести и равно пределу σten текучести при растяжении, как показано в выражении (30), описанном ниже.[0112] In the states P (1) -P (3), which are illustrated in the discharge curve, the surface mechanical stress σ surf passes the yield strength and is equal to the tensile yield stress σ ten , as shown in expression (30) described below.
[0113] В состояниях P(6)-P(8) на зарядной кривой, поверхностное механическое напряжение σsurf переходит через предел текучести при пределе σcom текучести при сжатии (см. выражение (31), описанное ниже).[0113] In the states P (6) -P (8) on the charge curve, the surface mechanical stress σ surf passes the yield strength at the compressive yield stress σ com (see expression (31) described below).
[0114] Напротив, в случае если состояние P не иллюстрируется на зарядной кривой и разрядной кривой, т.е. в случае, если состояние P проиллюстрировано в области между зарядной кривой и разрядной кривой (см. состояния P(4), P(5)), то, как вычислять поверхностное механическое напряжение σsurf, становится проблемой. В варианте осуществления, средняя концентрация cSi_ave лития в частице 21 кремния, когда направление заряда или разряда переключается, и поверхностное механическое напряжение σsurf в это время используется при вычислении поверхностного механического напряжения σsurf в области. В нижеприведенном описании, средняя концентрация cSi_ave лития в состоянии P, когда направление заряда или разряда переключается, описывается как "опорная концентрация cREF лития", и поверхностное механическое напряжение σsurf в состоянии P описывается как "опорное поверхностное механическое напряжение σREF".[0114] In contrast, in the case where the state P is not illustrated on the charge curve and the discharge curve, ie if the state P is illustrated in the region between the charge curve and the discharge curve (see states P (4), P (5)), then how to calculate the surface mechanical stress σ surf becomes a problem. In an embodiment, the average concentration c Si_ave of lithium in the
[0115] В примере, показанном на фиг. 11, состояние P, когда заряд или разряд переключается, представляет собой состояние P(3) во время переключения с разряда на заряд. При вычислении состояний P(4), P(5) средняя концентрация cSi_ave лития во время состояния P(3) уже вычислена посредством выражений (8)-(10), описанных выше. Соответственно, средняя концентрация cSi_ave лития, вычисленная в состоянии P(3), становится опорной концентрацией cREF лития. Опорное поверхностное механическое напряжение σREF в состоянии P(3) представляет собой предел σten текучести при растяжении (см. выражение (30), описанное выше).[0115] In the example shown in FIG. 11, the state P, when the charge or discharge is switched, is the state P (3) during the switching from the discharge to the charge. When calculating the states P (4), P (5), the average concentration of lithium Si_ave during the state P (3) has already been calculated using expressions (8) - (10) described above. Accordingly, the average lithium concentration c Si_ave calculated in state P (3) becomes the reference lithium concentration c REF . The reference surface mechanical stress σ REF in the state P (3) is the tensile yield stress σ ten (see expression (30) described above).
[0116] В состоянии P в области между зарядной кривой и разрядной кривой, имеется линейная взаимосвязь, представленная в качестве выражения (32), описанного ниже, между разностью (cs2_ave-cREF) концентраций лития, полученной посредством вычитания опорной концентрации cREF лития из средней концентрации cSi_ave лития, и поверхностным механическим напряжением σsurf.[0116] In state P, in the region between the charge curve and the discharge curve, there is a linear relationship represented as expression (32) described below between the difference (c s2_ave -c REF ) of lithium concentrations obtained by subtracting the reference lithium concentration c REF from the average concentration of lithium Si_ave , and surface surfacing σ surf .
[0117] Следует понимать, что линейная взаимосвязь представляет то, что величина изменения поверхностного механического напряжения σsurf является пропорциональной величине изменения содержания лития в частице 21 кремния (количеству лития, внедренного в частицу 21 кремния, или количеству лития, десорбированного из частицы 21 кремния) в случае, если состояние P, когда направление заряда или разряда переключается, используется в качестве опорного.[0117] It should be understood that the linear relationship represents that the magnitude of the change in surface mechanical stress σ surf is proportional to the magnitude of the change in lithium content in silicon particle 21 (the amount of lithium embedded in
[0118] Пропорциональная константа αc представляет собой параметр, который определяется согласно механическим характеристикам соединения на основе кремния в качестве одного из активного вещества отрицательного электрода и периферийного элемента и может получаться посредством эксперимента. Подробнее, пропорциональная константа αc может изменяться согласно температуре (≅ температуре TB батареи 4) активного вещества отрицательного элкремнияектрода и содержанию лития (средней концентрации cSi_ave лития) в активном веществе отрицательного электрода. По этой причине, пропорциональная константа αc получается для различных комбинаций температуры TB и средней концентрации cSi_ave лития, и подготавливается карта (или выражение отношения), указывающая корреляционную взаимосвязь температуры TB, средней концентрации cSi_ave лития и пропорциональной константы αc. Карта, указывающая корреляционную взаимосвязь между одной из температуры TB и средней концентрацией cSi_ave лития и пропорциональной константой αc, может подготавливаться.[0118] The proportional constant α c is a parameter that is determined according to the mechanical characteristics of the silicon-based compound as one of the active substance of the negative electrode and the peripheral element and can be obtained by experiment. In more detail, the proportional constant α c can vary according to the temperature (≅ temperature TB of battery 4) of the active substance of the negative electrode electrode and the lithium content (average concentration of lithium Si_ave c) in the active substance of the negative electrode. For this reason, a proportional constant α c is obtained for various combinations of temperature TB and average lithium concentration c Si_ave , and a map (or ratio expression) is prepared indicating the correlation between the temperature TB, average lithium concentration c Si_ave and proportional constant α c . A map showing the correlation between one of the temperature TB and the average lithium concentration c Si_ave and the proportional constant α c can be prepared.
[0119] Поскольку концентрация лития и количество лития могут заменяться в качестве выражения (2), описанного выше, выражение (32), описанное выше, может модифицироваться в качестве выражения (33), описанного ниже, с использованием среднего количества θSi_ave лития частицы 21 кремния.[0119] Since lithium concentration and lithium amount can be replaced as expression (2) described above, expression (32) described above can be modified as expression (33) described below using an average lithium particle quantity θ Si_ave of particle 21 silicon.
[0120] Карта, указывающая корреляционную взаимосвязь температуры TB и среднего количества θSi_ave лития, и пропорциональная константа αc (или пропорциональная константа αθ) подготавливается и сохраняется заранее в запоминающем устройстве 100B ECU 100. По этой причине, пропорциональная константа αc может вычисляться из температуры TB (измеренного значения температурного датчика 72) и среднего количества θSi_ave лития (оцененного значения во время предыдущего вычисления) посредством обращения к карте. Затем поверхностное механическое напряжение σsurf в вышеописанной области может вычисляться посредством подстановки пропорциональной константы αc, среднего количества θSi_ave лития, опорного количества θREF лития и опорного поверхностного механического напряжения σREF в выражение (33), описанное выше. В дальнейшем подробно описывается последовательность операций вычисления поверхностного механического напряжения σsurf со ссылкой на фиг. 14.[0120] A map indicating the correlation of the temperature TB and the average lithium quantity θ Si_ave and the proportional constant α c (or the proportional constant α θ ) is prepared and stored in advance in the
Последовательность операций оценки SOCSOC Assessment Flow
[0121] Фиг. 12 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность обработки для оценки SOC батареи 4 в варианте 1 осуществления. Блок-схемы последовательности операций способа, показанные на фиг. 12 и фиг. 17 и 16, описанных ниже, вызываются из основной процедуры (не показана), например, каждый раз, когда заданный цикл истек, и многократно выполняются посредством ECU 100. Хотя этапы (в дальнейшем в этом документе, сокращаются как "S"), включенные в блок-схемы последовательности операций способа, по существу, реализуются через программную обработку в ECU 100, этапы могут реализовываться посредством специализированных аппаратных средств (электрической схемы), изготовленных в ECU 100.[0121] FIG. 12 is a flowchart showing a processing sequence for evaluating an SOC of a
[0122] Ссылаясь на фиг. 12, обработка по S101-S106, описанная ниже, соответствует обработке вычисления потенциала одного электрода согласно варианту 1 осуществления. Во-первых, на S101, ECU 100 получает напряжение VB батареи 4 из датчика 71 напряжения и получает температуру TB батареи 4 из температурного датчика 72. Напряжение VB используется в качестве измеренного напряжения Vmeas, и температура TB преобразуется в абсолютную температуру T. Абсолютная температура T может вычисляться из температуры TB в данный момент времени (во время настоящего вычисления) или может вычисляться из среднего взвешенного температуры TB в прошлый заданной период (например, в течение 30 минут), определенный заранее.[0122] Referring to FIG. 12, the processing of S101-S106 described below corresponds to the potential calculation processing of one electrode according to
[0123] На S102, ECU 100 вычисляет плотность i0_1 обменного тока частицы 1 положительного электрода. Как описано со ссылкой на фиг. 9, плотность i0_1 обменного тока зависит от поверхностного количества θ1_surf лития частицы 1 положительного электрода и абсолютной температуры T. Соответственно, ECU 100 вычисляет плотность i0_1 обменного тока из поверхностного количества θ1_surf лития (см. S303 по фиг. 13), вычисленного во время предыдущего вычисления, и абсолютной температуры T посредством обращения к карте (не показана), указывающей взаимосвязь соответствия плотности i0_1 обменного тока, поверхностного количества θ1_surf лития и абсолютной температуры T. Аналогично, ECU 100 вычисляет плотность i0_Si обменного тока кремниевой частицы 21 и плотность i0_gra обменного тока графитовой частицы 22 посредством обращения к соответствующим картам (не показаны).[0123] In S102, the
[0124] На S103, ECU 100 вычисляет сопротивление Rd постоянному току батареи 4. Сопротивление Rd постоянному току представляет собой резистивный компонент, когда ионы лития и электроны перемещаются между активным веществом положительного электрода и активным веществом отрицательного электрода, или резистивный компонент металлического фрагмента. Сопротивление Rd постоянному току имеет характеристику, которая изменяется в зависимости от абсолютной температуры T и количества θ1. Соответственно, сопротивление Rd постоянному току может вычисляться из абсолютной температуры T посредством подготовки карты (не показана), указывающей взаимосвязь соответствия между сопротивлением Rd постоянному току и абсолютной температурой T заранее, на основе результата измерений сопротивления Rd постоянному току при каждой температуре.[0124] In S103, the
[0125] На S104, ECU 100 вычисляет разность Δce концентраций литиевой соли между активным веществом положительного электрода и активным веществом отрицательного электрода в электролите (см. выражения (21)-(23), описанные выше). Помимо этого, ECU 100 вычисляет перенапряжение ΔVe концентрации соли из разности Δce концентраций литиевой соли согласно выражению (24), описанному выше (S105). Эти виды обработки подробно описываются со ссылкой на фиг. 9, и в силу этого описание не повторяется.[0125] In S104, the
[0126] На S106, ECU 100 выполняет обработку вычисления сходимости для распределения тока (полного тока IT), протекающего в активном веществе отрицательного электрода в трехчастичной модели, на ток (ток ISi кремния), протекающий в кремниевой частице 21, и ток (ток Igra графита), протекающий в графитовой частице 22.[0126] In S106, the
[0127] На S200, ECU 100 оценивает SOC батареи 4 на основе результата обработки вычисления потенциала (обработки оценки SOC). Ниже описывается обработка оценки SOC.[0127] In S200, the
[0128] Фиг. 13 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей обработку вычисления сходимости (обработку по S106 по фиг. 12) в варианте 1 осуществления. Ссылаясь на фиг. 13, на S301, ECU 100 вычисляет перенапряжение η1 при реакции частицы 1 положительного электрода из плотности i0_1 обменного тока частицы 1 положительного электрода и абсолютной температуры T согласно выражению (4), описанному выше. Кроме того, ECU 100 вычисляет перенапряжение ηSi при реакции кремниевой частицы 21 из плотности i0_Si обменного тока кремниевой частицы 21 и абсолютной температуры T согласно выражению (5), описанному выше, и вычисляет перенапряжение ηgra при реакции графитовой частицы 22 из плотности i0_gra обменного тока графитовой частицы 22 и абсолютной температуры T согласно выражению (6), описанному выше.[0128] FIG. 13 is a flowchart showing convergence calculation processing (processing according to S106 of FIG. 12) in
[0129] На S302, в отношении частицы 1 положительного электрода, ECU 100 вычисляет распределение концентраций лития в частице 1 положительного электрода посредством подстановки коэффициента Ds1 диффузии лития в частице 1 положительного электрода в выражение (7), описанное выше в качестве уравнения диффузии, и решения выражения (7) при граничном условии (см. выражение (8), описанное выше), определенном согласно полному току IT. Коэффициент Ds1 диффузии зависит от количества θ1 лития частицы 1 положительного электрода и абсолютной температуры T. Таким образом, коэффициент Ds1 диффузии может вычисляться из количества θ1 лития во время предыдущего вычисления и абсолютной температуры T с использованием карты (не показана), подготовленной заранее.[0129] In S302, with respect to the
[0130] В отношении графитовой частицы 22, аналогично, ECU 100 вычисляет распределение концентраций лития в графитовой частице 22 посредством решения уравнения диффузии (9) при граничном условии (см. выражение (10), описанное выше). Помимо этого, ECU 100 вычисляет распределение концентраций лития в кремниевой частице 21 посредством решения уравнения диффузии (15), в которое подставляется эффективный коэффициент Ds_Si eff диффузии (см. выражение (14)), при граничном условии (см. выражение (16)).[0130] With respect to the
[0131] На S303, ECU 100 вычисляет поверхностное количество θ1_surf лития частицы 1 положительного электрода на основе распределения концентраций лития в частице 1 положительного электрода, вычисленного на S302 (см. выражение (2), описанное выше). Аналогично, ECU 100 вычисляет поверхностное количество θSi_surf лития для кремниевой частицы 21 и вычисляет поверхностное количество θgra_surf лития для графитовой частицы 22.[0131] In S303, the
[0132] На S304, ECU 100 вычисляет потенциал U1 разомкнутой цепи из поверхностного количества θ1_surf лития, вычисленного на S303, посредством обращения к карте (не показана), указывающей взаимосвязь соответствия между потенциалом U1 разомкнутой цепи и количеством θ1 лития частицы 1 положительного электрода (см. выражение (18)). Аналогично, ECU 100 вычисляет потенциал Ugra разомкнутой цепи из поверхностного количества θgra_surf лития посредством обращения к карте (не показана), указывающей взаимосвязь соответствия между потенциалом Ugra разомкнутой цепи и количеством θgra лития для графитовой частицы 22 (см. выражение (19)).[0132] In S304, the
[0133] На S305, ECU 100 вычисляет потенциал USi_sta разомкнутой цепи из поверхностного количества θSi_surf лития посредством обращения к карте (не показана), указывающей взаимосвязь соответствия между потенциалом USi разомкнутой цепи и количеством θSi лития для кремниевой частицы 21 в идеальном состоянии, в котором поверхностное механическое напряжение σsurf=0.[0133] In S305, the
[0134] На S306, ECU 100 выполняет обработку вычисления поверхностного механического напряжения кремниевой частицы 21 для вычисления поверхностного механического напряжения σsurf.[0134] In S306, the
[0135] Фиг. 14 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей обработку вычисления поверхностного механического напряжения кремниевой частицы 21 (обработку по S306 по фиг. 13). Ссылаясь на фиг. 14, на S401, ECU 100 вычисляет среднее количество θSi_ave лития в кремниевой частице 21. Среднее количество θSi_ave лития может вычисляться идентично выражению (3), описанному выше относительно частицы 1 положительного электрода.[0135] FIG. 14 is a flowchart showing a calculation process of the surface mechanical stress of a silicon particle 21 (processing according to S306 of FIG. 13). Referring to FIG. 14, in S401, the
[0136] На S402, ECU 100 считывает опорное количество θREF лития и опорное поверхностное механическое напряжение σREF, сохраненные в запоминающем устройстве 100B до предыдущего вычисления (см. обработку по S413, описанную ниже).[0136] In S402, the
[0137] На S403, ECU 100 вычисляет пропорциональную константу αθ из температуры TB батареи 4 и средней концентрации cSi_ave лития (cSi_ave во время предыдущего вычисления) посредством обращения к карте (не показана). Пропорциональная константа αθ может вычисляться (моделирующе прогнозироваться) из физических свойств (модуля Юнга и т.п.) активного вещества отрицательного электрода и периферийного элемента. Следует отметить, что пропорциональная константа αθ не должна обязательно быть переменной, и фиксированное значение, определенное заранее, может использоваться в качестве пропорциональной константы αθ.[0137] In S403, the
[0138] На S404, ECU 100 вычисляет поверхностное механическое напряжение σsurf из пропорциональной константы αθ и среднего количества θSi_ave лития согласно выражению (33), описанному выше. Поверхностное механическое напряжение σsurf ориентировочно вычисляется без учета текучести активного вещества из кремния и поверхностного механического напряжения σsurf с учетом того, что текучесть вещества из кремния определяется (главным образом вычисляется).[0138] In S404, the
[0139] На S405, ECU 100 сравнивает поверхностное механическое напряжение σsurf, ориентировочно вычисленное на S404, с пределом σcom текучести при сжатии. В случае если поверхностное механическое напряжение σsurf с учетом знака поверхностного механического напряжения σsurf, показанного на фиг. 4, равен или меньше предела σcom текучести при сжатии, т.е. в случае, если абсолютная величина поверхностного механического напряжения σsurf равна или выше абсолютной величины предела σcom текучести при сжатии (на S405, "Да"), ECU 100 определяет то, что активное вещество отрицательного электрода переходит через предел текучести, и то, что поверхностное механическое напряжение σsurf равно пределу σcom текучести при сжатии (σsurf=σcom) (S406). Таким образом, поверхностное механическое напряжение σsurf, ориентировочно вычисленное на S404, не используется, и предел σcom текучести при сжатии используется вместо этого. Затем ECU 100 обновляет опорное поверхностное механическое напряжение σREF посредством задания предела σcom текучести при сжатии в качестве нового опорного поверхностного механического напряжения σREF. Помимо этого, ECU 100 обновляет опорное количество θREF лития посредством задания среднего количества θSi_ave лития, вычисленного на S401, в качестве опорного количества θREF лития (S407).[0139] In S405, the
[0140] В случае если поверхностное механическое напряжение σsurf с учетом знака превышает предел σcom текучести при сжатии со знаком (в случае, если абсолютная величина поверхностного механического напряжения σsurf меньше абсолютной величины предела σcom текучести при сжатии) (на S405, "Нет"), ECU 100 переводит процесс на S408 и сравнивает поверхностное механическое напряжение σsurf с пределом σten текучести при растяжении.[0140] If, taking into account the sign, the surface mechanical stress σ surf exceeds the yield stress σ com with compression (if the absolute value of the surface mechanical stress σ surf is less than the absolute value of the compressive strength σ com ) (in S405, " No "), the
[0141] В случае если поверхностное механическое напряжение σsurf равно или выше предела σten текучести при растяжении (на S408, "Да"), ECU 100 определяет то, что активное вещество отрицательного электрода переходит через предел текучести, и то, что поверхностное механическое напряжение σsurf равно пределу σten текучести при растяжении (S409). Затем ECU 100 обновляет опорное поверхностное механическое напряжение σREF с пределом σten текучести при растяжении и обновляет опорное количество θREF лития со средним количеством θSi_ave лития, вычисленным на S401 (S410).[0141] If the surface mechanical stress σ surf is equal to or higher than the tensile yield stress σ ten (in S408, “Yes”), the
[0142] На S408, в случае если поверхностное механическое напряжение σsurf меньше предела σten текучести при растяжении (на S408, "Нет"), поверхностное механическое напряжение σsurf находится в промежуточной области A между пределом σcom текучести при сжатии и пределом σten текучести при растяжении (σcom<σsurf<σten), и активное вещество отрицательного электрода не переходит через предел текучести. Таким образом, поверхностное механическое напряжение σsurf, ориентировочно вычисленное на S404, используется (S411). В этом случае, опорное поверхностное механическое напряжение σREF не обновляется, и поддерживается опорное поверхностное механическое напряжение σREF, заданное во время предыдущего вычисления (или во время вычисления перед предыдущим вычислением). Обновление опорного количества θREF лития также не выполняется (S412).[0142] In S408, if the surface mechanical stress σ surf is less than the tensile stress σ ten (in S408, “No”), the surface mechanical stress σ surf is in an intermediate region A between the compressive yield stress σ com and the σ limit ten tensile yield strength (σ com <σ surf <σ ten ), and the active substance of the negative electrode does not go over the yield strength. Thus, the surface mechanical stress σ surf , tentatively calculated on S404, is used (S411). In this case, the reference surface mechanical stress σ REF is not updated, and the reference surface mechanical stress σ REF set at the time of the previous calculation (or during the calculation before the previous calculation) is maintained. The update of the reference lithium quantity θ REF is also not performed (S412).
[0143] В случае если одна из обработки S407, S410 и S412 выполняется, опорное количество θREF лития и опорное поверхностное механическое напряжение σREF сохраняются в запоминающем устройстве 100B (S413). После этого, процесс возвращается на S307 (см. фиг. 13) обработки вычисления сходимости.[0143] If one of the processing S407, S410 and S412 is performed, the reference lithium quantity θ REF and the reference surface mechanical stress σ REF are stored in the
[0144] Ссылаясь на фиг. 13 снова, на S307, ECU 100 вычисляет величину ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи из поверхностного механического напряжения σsurf согласно выражению (17), чтобы учитывать влияние поверхностного механического напряжения σsurf на потенциал USi разомкнутой цепи кремниевой частицы 21.[0144] Referring to FIG. 13 again, in S307, the
[0145] На S308, ECU 100 вычисляет сумму перенапряжения η1 при реакции частицы 1 положительного электрода и потенциала U1 разомкнутой цепи положительного электрода в качестве потенциала V1 положительного электрода согласно выражению (26), описанному выше. Кроме того, ECU 100 вычисляет потенциал USi разомкнутой цепи кремния посредством суммирования величины ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи с идеальным потенциалом USi_sta разомкнутой цепи кремниевой частицы 21 (см. выражение (20), описанное выше), и дополнительно вычисляет сумму перенапряжения ηSi при реакции кремниевой частицы 21 и потенциала USi разомкнутой цепи кремния в качестве потенциала VSi кремния (см. выражение (27), описанное выше). Помимо этого, ECU 100 вычисляет сумму перенапряжения ηgra при реакции графитовой частицы 22 и потенциала Ugra разомкнутой цепи графита в качестве потенциала Vgra графита (см. выражение (28), описанное выше).[0145] In S308, the
[0146] На S309, ECU 100 вычисляет вычисленное напряжение Vcalc из потенциала V1 положительного электрода, потенциала V2 отрицательного электрода (потенциала VSi кремния или потенциала Vgra графита), величины падения напряжения (=ITRd) вследствие сопротивления Rd постоянному току и перенапряжения ΔVe концентрации соли согласно выражению (25), описанному выше.[0146] In S309, the
[0147] На S310, ECU 100 определяет то, устанавливается или нет условие (условие сходимости), при котором итеративное вычисление сходится при обработке вычисления сходимости. В частности, условие сходимости включает в себя первое и второе условия. Первое условие представляет собой условие относительно того, меньше или нет абсолютное значение (=|Vcalc-Vmeas|) разности между вычисленным напряжением Vcalc, вычисленным на S309, и измеренным напряжением Vmeas, полученным из датчика 71 напряжения на S101, первого заданного значения PD1 (|Vcalc-Vmeas|<PD1). Второе условие представляет собой условие относительно того, меньше или нет абсолютное значение (=|VSi-Vgra|) разности между потенциалом VSi кремния и потенциалом Vgra графита, вычисленным на S308, второго заданного значения PD2 (|VSi-Vgra|<PD2).[0147] In S310, the
[0148] ECU 100 определяет то, что условие сходимости устанавливается в случае, если оба из первого и второго условий устанавливаются, и определяет то, что условие сходимости не устанавливается в случае, если любое из первого и второго условий не устанавливается. В случае если условие сходимости не устанавливается (на S310, "Нет"), ECU 100 обновляет токи IT, ISi, Igra согласно алгоритму на основе закона Ньютона (S311) и возвращает процесс на S301. В случае если условие сходимости устанавливается (на S310, "Да"), ECU 100 возвращает процесс на S200 по фиг. 12.[0148] The
[0149] Ссылаясь на фиг. 12 снова, на S200, ECU 100 выполняет обработку оценки SOC для оценки SOC батареи 4 на основе результата обработки вычисления компонентов потенциала. Обработка оценки SOC включает в себя, например, обработку по S201 и S202.[0149] Referring to FIG. 12 again, in S200, the
[0150] На S201, ECU 100 получает среднее количество θ1_ave лития (значение, вычисленное при обработке S302, при которой условие сходимости устанавливается) частицы 1 положительного электрода, и считывает известные количества θ1_SOC0, θ1_SOC100 лития, сохраненные в запоминающем устройстве 100B. Количество θ1_SOC0 лития представляет собой количество лития частицы 1 положительного электрода, соответствующее SOC=0%, и количество θ1_SOC100 лития представляет собой количество лития частицы 1 положительного электрода, соответствующее SOC=100%.[0150] In S201, the
[0151] Затем на S202, ECU 100 оценивает SOC батареи 4 на основе вышеописанных трех количеств лития. В частности, SOC батареи 4 может вычисляться с использованием выражения (34), описанного ниже.[0151] Then, in S202, the
[0152] Как описано выше, в варианте 1 осуществления, используется "трехчастичная модель". В трехчастичной модели, положительный электрод типично представляется посредством частицы 1 положительного электрода, и отрицательный электрод типично представляется посредством двух частиц из кремниевой частицы 21 и графитовой частицы 22. В таком случае, ток (ток ISi кремния), протекающий в кремниевой частице 21, и ток (ток Igra графита), протекающий в графитовой частице 22, отличаются друг от друга, и полный ток IT, протекающий в активном веществе отрицательного электрода, распределяется на ток ISi кремния и ток Igra графита.[0152] As described above, in
[0153] Таким образом, в варианте 1 осуществления, распределение тока между кремниевой частицей 21 и графитовой частицей 22 учитывается, за счет чего точность вычисления параметров в зависимости от тока повышается по сравнению со случаем, в котором распределение тока не учитывается. В частности, в варианте осуществления, перенапряжение ηSi кремния (см. выражение (5)), которое должно определяться согласно току ISi кремния, и перенапряжение ηgra графита (см. выражение (6)), которое должно определяться согласно току Igra графита, вычисляются отдельно. Вследствие этого, можно точно вычислять перенапряжение, которое формируется согласно реакции при переносе заряда (реакции внедрения и десорбции лития), по сравнению со случаем, в котором токи не различаются между собой.[0153] Thus, in
[0154] Кроме того, повышается точность вычисления распределений концентраций лития в частицах, которые вычисляются посредством решения уравнений диффузии, показанных в выражениях (7)-(16). По этой причине, повышается точность вычисления средней концентрации cs_Si_ave лития (или среднего количества θSi_ave лития) в кремниевой частице 21. Соответственно, также повышается точность вычисления поверхностного механического напряжения σsurf в зависимости от средней концентрации cs_Si_ave лития (или среднего количества θSi_ave лития) (см. выражение (32) или (33), описанное выше). Вследствие этого, можно вычислять величину ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи, указывающую величину отклонения потенциала разомкнутой цепи (потенциала USi разомкнутой цепи кремния) кремниевой частицы 21 вследствие поверхностного механического напряжения σsurf с высокой точностью (см. выражение (17)). Как результат, поскольку можно точно отражать влияние поверхностного механического напряжения σsurf в потенциале U2 разомкнутой цепи отрицательного электрода (см. выражение (20), описанное выше), также можно вычислять потенциал V2 отрицательного электрода с высокой точностью. Помимо этого, также можно оценивать SOC батареи 4 с высокой точностью (обработка оценки SOC). Как описано выше, согласно варианту 1 осуществления, можно оценивать внутреннее состояние батареи 4 с высокой точностью.[0154] In addition, the accuracy of calculating the distributions of lithium concentrations in particles, which are calculated by solving the diffusion equations shown in expressions (7) to (16), is improved. For this reason, the accuracy of calculating the average concentration c s_Si_ave of lithium (or the average amount θ Si_ave of lithium) in the
Пример 1 модификации варианта 1 осуществленияModification Example 1 of
[0155] В примере 1 модификации варианта 1 осуществления, описывается конфигурация, в которой обработка вычисления сходимости выполняется с учетом влияния электрического двойного слоя, который должен формироваться на поверхности активного вещества. В примере модификации, полный ток IT дополнительно распределяется на компонент тока, предусмотренный при изготовлении лития (внедрении и десорбции ионов лития), и компонент тока, не предусмотренный при изготовлении лития. В частности, в отношении частицы 1 положительного электрода, в случае если ток, предусмотренный при изготовлении лития в полном токе IT, описывается как "ток I1 EC реакции", и ток, не предусмотренный при изготовлении лития, описывается как "ток I1 C конденсатора", устанавливается выражение (35), описанное ниже.[0155] In the modification example 1 of the
[0156] Электростатическая емкость электрического двойного слоя, который должен формироваться в частице 1 положительного электрода, описывается как C1. Электростатическая емкость C1 известна посредством предварительной оценки. Ток I1 C конденсатора представляется как выражение (36), описанное ниже.[0156] The electrostatic capacitance of an electric double layer to be formed in a
[0157] Взаимосвязь, идентичная взаимосвязи выражения (26), описанного выше, устанавливается между потенциалом V1 положительного электрода, потенциалом U1 разомкнутой цепи положительного электрода и перенапряжением η1 при реакции (см. выражение (37), описанное выше). Следует отметить, что в перенапряжении η1 положительного электрода, как показано в выражении (38), описанном ниже, ток I1 EC реакции используется вместо полного тока IT.[0157] A relationship identical to that of expression (26) described above is established between the positive electrode potential V 1, the positive electrode open circuit potential U 1 and overvoltage η 1 during the reaction (see expression (37) described above). It should be noted that in the overvoltage η 1 of the positive electrode, as shown in expression (38) described below, the reaction current I 1 EC is used instead of the total current I T.
[0158] В отношении стороны отрицательного электрода, ток (ток ISi кремния) протекающий в кремниевой частице 21, разбивается на ток ISi EC реакции и ток ISi C конденсатора. Кроме того, ток (ток Igra графита), протекающий в графитовой частице 22, разбивается на ток Igra EC реакции и ток Igra C конденсатора. Затем выражение (39), описанное ниже, устанавливается между этими токами.[0158] Regarding the side of the negative electrode, the current (current I Si silicon) flowing in the
[0159] Ток ISi C конденсатора представляется как выражение (40), описанное ниже, с помощью электростатической емкости CSi, которая должна формироваться в кремниевой частице 21, и потенциала V2 отрицательного электрода. Ток Igra C конденсатора представляется как выражение (41), описанное ниже, с помощью электростатической емкости Cgra, которая должна формироваться в графитовой частице 22, и потенциала V2 отрицательного электрода.[0159] The current I Si C of the capacitor is represented as expression (40) described below using the electrostatic capacitance C Si to be formed in the
[0160] Кроме того, устанавливается выражение (42), которое является идентичным выражениям (27) и (28), описанным выше. Здесь, ток ISi кремния в перенапряжении ηSi кремния заменяется на ток ISi EC конденсатора, и ток Igra графита в перенапряжении ηgra графита заменяется на ток Igra EC конденсатора (см. выражения (43) и (44), описанные ниже).[0160] Furthermore, expression (42) is established, which is identical to expressions (27) and (28) described above. Here, the current I Si silicon in the overvoltage η Si silicon is replaced by the current I Si EC of the capacitor, and the current I gra of graphite in the overvoltage η gra of graphite is replaced by the current I gra EC of the capacitor (see expressions (43) and (44) described below )
[0161] Как описано выше, в примере 1 модификации варианта 1 осуществления, ток (полный ток IT), протекающий в частице 1 положительного электрода, разбивается на ток I1 C конденсатора и ток I1 EC реакции с учетом влияния электрического двойного слоя, который должен формироваться на поверхности активного вещества положительного электрода. В отношении стороны отрицательного электрода, аналогично, с учетом влияния электрического двойного слоя, который должен формироваться на поверхности активного вещества отрицательного электрода, ток ISi кремния разбивается на ток ISi C конденсатора и ток ISi EC реакции, и ток Igra графита разбивается на ток Igra C конденсатора и ток Igra EC реакции. После этого, при вычислении перенапряжений (η1, ηSi, ηgra) при реакции, используются соответствующие токи (IT EC, ISi EC, Igra EC) реакции. Таким образом, при вычислении перенапряжения при реакции в качестве напряжения, которое должно формироваться согласно реакции внедрения и десорбции лития, влияние компонента тока (тока конденсатора), не предусмотренного во внедрении и десорбции лития, исключается только посредством заряда и разряда электрического двойного слоя. Вследствие этого, в то время как вычислительная нагрузка ECU 100 может увеличиваться, можно дополнительно повышать точность вычисления перенапряжения при реакции, по сравнению с вариантом 1 осуществления.[0161] As described above, in the modification example 1 of the
Пример 2 модификации варианта 1 осуществленияModification Example 2 of
Изменение потенциала отрицательного электродаNegative electrode potential change
[0162] В общем, в литий-ионной аккумуляторной батарее, известно, что производительность заряда и разряда или тепловое сопротивление аккумуляторной батареи с большой вероятностью должно ухудшаться вследствие "осаждения лития", при котором металлический литий осаждается на отрицательном электроде. В примере 2 модификации варианта 1 осуществления, данное ограничение применяется к входной мощности батареи (электрической мощности заряда в батарею 4), за счет чего выполняется "управление подавлением осаждения лития" для защиты батареи 4 от осаждения лития.[0162] In general, in a lithium ion secondary battery, it is known that charge and discharge performance or thermal resistance of the secondary battery is likely to deteriorate due to “lithium deposition” in which lithium metal is deposited on the negative electrode. In the modification example 2 of
[0163] Фиг. 15 является концептуальной схемой, иллюстрирующей изменение потенциала V2 отрицательного электрода, когда возникает осаждение лития. На фиг. 15, горизонтальная ось представляет истекшее время, и вертикальная ось представляет потенциал V2 отрицательного электрода на основе металлического лития.[0163] FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating a change in potential of a negative electrode V 2 when lithium deposition occurs. In FIG. 15, the horizontal axis represents elapsed time, and the vertical axis represents the potential V 2 of the negative electrode based on lithium metal.
[0164] Как показано на фиг. 15, потенциал V2 отрицательного электрода снижается во время заряда батареи 4. Чем больше электрическая мощность заряда в батарею 4, тем больше величина уменьшения потенциала V2 отрицательного электрода. В случае если потенциал V2 отрицательного электрода опускается ниже потенциала осаждения лития (0 В на основе металлического лития), осаждение лития может возникать. Соответственно, в примере 2 модификации варианта 1 осуществления, электрическая мощность заряда в батарею 4 подавляется от момента, когда потенциал V2 отрицательного электрода достигает заданного потенциала выше потенциала осаждения лития, так что не допускается то, что потенциал V2 отрицательного электрода равен или меньше 0 В.[0164] As shown in FIG. 15, the potential V 2 of the negative electrode decreases during charging of the
[0165] Как описано выше, в примере 2 модификации варианта 1 осуществления, поскольку можно вычислять потенциал V2 отрицательного электрода с высокой точностью, можно надежно подавлять осаждение металлического лития на поверхности отрицательного электрода и надлежащим образом защищать батарею 4 даже в аккумуляторной системе, в которой возникает влияние гистерезиса.[0165] As described above, in modification example 2 of
Вариант 2 осуществления
[0166] В варианте 1 осуществления, описывается трехчастичная модель для вычисления различных компонентов потенциала батареи 4 с высокой точностью (см. фиг. 5 и 6). В варианте 2 осуществления, чтобы уменьшать вычислительную нагрузку и объем запоминающего устройства ECU 100, описывается конфигурация, в которой используется модель батареи, более упрощенная по сравнению с трехчастичной моделью. В модели батареи, как описано ниже, упрощаются выражения для вычисления перенапряжения (η1, ηSi, ηgra) при реакции, и уравнения диффузии упрощаются. Общая конфигурация системы аккумуляторной батареи согласно варианту 2 осуществления является идентичной общей конфигурации (см. фиг. 1) системы 10 аккумуляторной батареи согласно варианту 1 осуществления.[0166] In
Упрощение трехчастичной моделиSimplification of the three-particle model
[0167] В отношении частицы 1 положительного электрода, уравнение диффузии (выражение, идентичное выражению (7), описанному выше), показанное в выражении (45), описанном ниже, решается при граничном условии (см. выражение (8)), за счет чего вычисляется распределение концентраций лития в частице 1 положительного электрода. Затем поверхностное количество θ1_surf лития частицы 1 положительного электрода вычисляется из распределения концентраций лития в частице 1 положительного электрода (см. выражение (2), описанное выше).[0167] With respect to the
[0168] С другой стороны, в варианте 2 осуществления, диффузия лития в кремниевой частице 21 упрощается. То же применимо к графитовой частице 22 (уравнение диффузии относительно кремниевой частицы 21 и уравнения диффузии (см. выражения (9)-(16), описанные выше) графитовой частицы 22 опускаются). Другими словами, предполагается, что распределение концентраций лития для кремниевой частицы 21 является равномерным, и предполагается, что распределение концентраций лития для графитовой частицы 22 также является равномерным.[0168] On the other hand, in
[0169] Как описано выше, потенциал разомкнутой цепи (потенциал USi разомкнутой цепи кремния) кремниевой частицы 21 определяется согласно поверхностному количеству θSi_surf лития для кремниевой частицы 21 (см. выражение (18), описанное выше). В случае если формулирование уравнения диффузии опускается при условии, что распределение концентраций лития для кремниевой частицы 21 является равномерным, то, как вычислять потенциал USi разомкнутой цепи кремния, становится проблемой.[0169] As described above, the open circuit potential ( silicon open chain potential U Si ) of the
[0170] В общем, концентрация лития в активном веществе положительного электрода и концентрация лития в активном веществе отрицательного электрода имеют такую взаимосвязь, что в случае если одна из концентраций лития увеличивается, другая концентрация лития снижается. В модели батареи варианта 2 осуществления, концентрация лития в активном веществе отрицательного электрода вычисляется из концентрации лития в активном веществе положительного электрода (количества θ1 лития частицы 1 положительного электрода) с использованием взаимосвязи.[0170] In general, the concentration of lithium in the active substance of the positive electrode and the concentration of lithium in the active substance of the negative electrode have such a relationship that if one of the concentrations of lithium increases, the other concentration of lithium decreases. In the battery model of
[0171] Подробно, в модели батареи варианта 2 осуществления, кремниевая частица 21 и графитовая частица 22 рассматриваются в качестве одной смешанной частицы 2 отрицательного электрода. Смешанная частица 2 отрицательного электрода виртуально не разделяется на множество областей в отличие от частицы 1 положительного электрода, и распределение концентраций лития в смешанной частице 2 отрицательного электрода не учитывается. По этой причине, поверхность смешанной частицы 2 отрицательного электрода и другие фрагменты (внутри смешанной частицы 2 отрицательного электрода) не различается между собой, и значение, полученное посредством нормализации концентрации лития в смешанной частице 2 отрицательного электрода, описывается как количество θ2 лития.[0171] In detail, in the battery model of
[0172] В случае если отношение (отношение емкости) касательно емкости частицы 1 положительного электрода к емкости смешанной частицы 2 отрицательного электрода описывается как θrate, отношение θrate емкости является фиксированным значением и может представляться как выражение (46), описанное ниже, с использованием количества θ1 лития частицы 1 положительного электрода и количества θ2 лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода. К значениям во время настоящего вычисления присоединяется t в верхней правой стороне (на правом плече), и к значениям во время предыдущего вычисления присоединяется t (t-Δt) в верхней правой стороне, за счет этого обеспечивая различение между значениями во время настоящего вычисления и значениями во время предыдущего вычисления.[0172] In case the ratio (ratio of capacity) regarding the capacitance of the
[0173] Затем, вычисляется количество θ2 t лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода. Количество θ2 t лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода может вычисляться с использованием количества θ1 t лития частицы 1 положительного электрода и отношения θrate емкости согласно выражению (47), описанному ниже. В выражении (45) θ1_fix является опорным значением количества θ1 лития, и θ2_fix является значением количества θ2 лития, соответствующим опорному значению (θ1_fix) θ1. Оба из этих значений получаются посредством эксперимента.[0173] Then, the lithium quantity θ 2 t of the mixed
[0174] Таким образом, в то время как количество θ2 лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода вычисляется из количества θ1 лития частицы 1 положительного электрода, количество θ2 лития также вычисляется с использованием другого способа, описанного ниже. Затем в случае, если результаты вычисления количества θ2 лития двух способов вычисления совпадают друг с другом, предполагается, что результаты вычисления параметров определяются допустимыми. В дальнейшем в этом документе описывается другой способ вычисления количества θ2 лития.[0174] Thus, while the lithium quantity θ 2 of the mixed
[0175] Поскольку кремниевая частица 21 и графитовая частица 22 имеют идентичный потенциал (VSi=Vgra), выражение (48), описанное ниже, устанавливается (см. выражения (27) и выражение (28)).[0175] Since the
[0176] В варианте 2 осуществления, для упрощения, предполагается, что перенапряжение ηSi кремния и перенапряжение ηgra графита равны друг другу (см. выражение (49), описанное ниже).[0176] In
[0177] Затем выражение (48), описанное выше, упрощается в качестве выражения (50), описанного ниже.[0177] Then, expression (48) described above is simplified as expression (50) described below.
[0178] Потенциал USi разомкнутой цепи кремния в левой стороне выражения (50) представляется посредством суммы USi_sta в качестве потенциала разомкнутой цепи в случае, если поверхностное механическое напряжение σsurf=0, и величины ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи вследствие поверхностного механического напряжения σsurf (см. выражения (17) и (20)). Таким образом, выражение (50) дополнительно модифицируется в качестве выражения (51), описанного ниже.[0178] The silicon open circuit potential U Si on the left side of expression (50) is represented by the sum of U Si_sta as the open circuit potential if surface stress σ surf = 0 and the voltage ΔV stress changes the open circuit potential due to surface mechanical stress σ surf (see expressions (17) and (20)). Thus, expression (50) is further modified as expression (51) described below.
[0179] Хотя второй элемент в левой стороне выражения (51) включает в себя поверхностное механическое напряжение σsurf, поверхностное механическое напряжение σsurf вычисляется согласно выражению (52), описанному ниже, аналогично варианту 1 осуществления.[0179] Although the second element on the left side of the expression (51) includes the surface mechanical stress σ surf , the surface mechanical stress σ surf is calculated according to the expression (52) described below, similarly to
[0180] Описание предоставлено в выражениях (30) и (31), и в силу этого подробное описание не повторяется. С другой стороны, в случае если поверхностное механическое напряжение σsurf переходит через предел текучести, поверхностное механическое напряжение σsurf вычисляется посредством σsurf=σcom или σsurf=σten вместо выражения (52).[0180] A description is provided in expressions (30) and (31), and therefore, the detailed description is not repeated. On the other hand, if the surface mechanical stress σ surf passes the yield strength, the surface mechanical stress σ surf is calculated by σ surf = σ com or σ surf = σ ten instead of expression (52).
[0181] Количество θ2 t лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода может вычисляться посредством следующего способа без использования отношения θrate емкости. Полный ток IT вводится и выводится из смешанной частицы 2 отрицательного электрода между предыдущим вычислением и настоящим вычислением (в то время как Δt истекает), за счет чего величина электричества смешанной частицы 2 отрицательного электрода изменяется посредством IT*Δt, и количество лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода изменяется с θ2 t-Δt на θ2 t. В отношении величины (IT*Δt) изменения количества электричества смешанной частицы 2 отрицательного электрода и величины (θ2 t-θ2 t-Δt) изменения количества лития, как показано в выражении (53), описанном ниже, предусмотрено такое условие (условие сходимости), что величина (IT*Δt) изменения и величина (θ2 t-θ2 t-Δt) изменения совпадают между собой. В левой стороне выражения (53), используются объем Vol2 смешанной частицы 2 отрицательного электрода, предельная концентрация cSi,max лития для кремниевой частицы 21 и предельная концентрация cgra,max лития для графитовой частицы 22.[0181] The lithium quantity θ 2 t of the mixed
[0182] Здесь, количество θ2 лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода представляется как выражение (54), описанное ниже, с использованием количества θSi лития и предельной концентрации cSi,max лития для кремниевой частицы 21 и количества θgra лития и предельной концентрации cgra,max лития для графитовой частицы 22. Выражение (55) извлекается посредством подстановки выражения (54) в выражение (52).[0182] Here, the lithium quantity θ 2 of the mixed
[0183] Три параметра из количеств θSi, θgra лития и поверхностного механического напряжения σsurf могут вычисляться посредством одновременного формулирования вышеописанных выражений. Затем количество θ2 лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода, вычисленное из количества θSi лития для кремниевой частицы 21 и количества θgra лития для графитовой частицы 22 согласно выражению (54), сравнивается с количеством θ2 лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода, вычисленным из количества θ1 лития согласно выражению (47). В случае если количества θ2 лития, вычисленные с использованием двух способов, хорошо совпадают друг с другом (в случае, если разность меньше заданного значения), предполагается, что результаты вычисления количеств θSi, θgra лития и поверхностного механического напряжения σsurf используются (в отношении подробностей, см. блок-схему последовательности операций способа, описанную ниже).[0183] Three parameters from the quantities θ Si , θ gra of lithium and surface mechanical stress σ surf can be calculated by simultaneously formulating the above expressions. Then, the lithium quantity θ 2 of the negative electrode
Последовательность операций оценки SOCSOC Assessment Flow
[0184] Фиг. 16 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность обработки для оценки SOC батареи 4 в варианте 2 осуществления. Ссылаясь на фиг. 16, на S601, ECU 100 получает напряжение VB батареи 4 из датчика 71 напряжения. ECU 100 получает температуру TB батареи 4 из температурного датчика 72 и вычисляет абсолютную температуру T из температуры TB.[0184] FIG. 16 is a flowchart showing a processing sequence for evaluating an SOC of a
[0185] На S602, ECU 100 вычисляет плотность i0_1 обменного тока частицы 1 положительного электрода. Способ вычисления плотности i0_1 обменного тока является идентичным способу, описанному в варианте 1 осуществления. Таким образом, ECU 100 вычисляет плотность i0_1 обменного тока из поверхностного количества θ1_surf лития (см. S703 по фиг. 17), вычисленного во время предыдущего вычисления, и абсолютной температуры T, вычисленной на S601 посредством обращения к карте (не показана), указывающей взаимосвязь соответствия плотности i0_1 обменного тока частицы 1 положительного электрода, поверхностного количества θ1_surf лития и абсолютной температуры T.[0185] In S602, the
[0186] В варианте 2 осуществления, поскольку перенапряжения ηSi, ηgra при реакции не вычисляются, вычисление плотности i0_Si обменного тока кремниевой частицы 21 и плотности i0_gra обменного тока графитовой частицы 22 также опускается.[0186] In
[0187] Обработка по S603-S605 является идентичной обработке (см. фиг. 12) S103-S105 в варианте 1 осуществления. С другой стороны, обработка вычисления сходимости на S606 отличается от обработки вычисления сходимости по S106 (см. фиг. 12 и 13) в варианте 1 осуществления.[0187] The processing of S603-S605 is identical to the processing (see FIG. 12) of S103-S105 in
[0188] Фиг. 17 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей обработку вычисления сходимости (обработку по S606 по фиг. 16) в варианте 2 осуществления. Ссылаясь на фиг. 17, в варианте 2 осуществления, обработка вычисления сходимости отличается от обработки вычисления сходимости (см. обработку по S301-S303 по фиг. 13) в варианте 1 осуществления тем, что следующая обработка по S701-S703 выполняется только для частицы 1 положительного электрода и не выполняется для кремниевой частицы 21 и графитовой частицы 22.[0188] FIG. 17 is a flowchart showing convergence calculation processing (processing according to S606 of FIG. 16) in
[0189] На S701, ECU 100 вычисляет перенапряжение η1 при реакции частицы 1 положительного электрода из плотности i0_1 обменного тока частицы 1 положительного электрода и абсолютной температуры T согласно выражению (4), описанному выше. Помимо этого, на S702, ECU 100 вычисляет распределение концентраций лития в частице 1 положительного электрода посредством решения уравнения диффузии (выражения (7), описанное выше) при заданном граничном условии (см. выражение (8)). Затем ECU 100 вычисляет поверхностное количество θ1_surf лития частицы 1 положительного электрода на основе распределения концентраций лития в частице 1 положительного электрода (S703, см. выражение (2), описанное выше).[0189] In S701, the
[0190] На S704, ECU 100 вычисляет количество θ2 t лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода в настоящем цикле вычисления из количества θ1 t лития частицы 1 положительного электрода и отношения θrate емкости (известного значения) согласно выражению (47), описанному выше.[0190] In S704, the
[0191] На S705, ECU 100 вычисляет потенциал U1 разомкнутой цепи положительного электрода из поверхностного количества θ1_surf лития, вычисленного на S703, посредством обращения к карте (не показана), указывающей взаимосвязь соответствия между потенциалом U1 разомкнутой цепи положительного электрода и поверхностным количеством θ1_surf лития.[0191] In S705, the
[0192] Помимо этого, ECU 100 вычисляет потенциал U2 разомкнутой цепи отрицательного электрода из количества θ2 лития, вычисленного на S704, посредством обращения к карте (не показана), указывающей взаимосвязь соответствия между потенциалом U2 разомкнутой цепи отрицательного электрода и поверхностным количеством θ2 лития.[0192] In addition, the
[0193] На S706, ECU 100 вычисляет вычисленное напряжение Vcalc из потенциала V1 положительного электрода (= потенциал U1 разомкнутой цепи положительного электрода+перенапряжение η1 положительного электрода), потенциала U2 разомкнутой цепи отрицательного электрода, величины падения напряжения (=ITRd) вследствие сопротивления Rd постоянному току и перенапряжения ΔVe концентрации соли согласно выражению (56), описанному ниже. В выражении (56), как описано выше, перенапряжение ηSi кремния и перенапряжение ηgra графита задаются равными друг другу (см. выражение (49), описанное выше). Следует понимать, что поскольку хотя три перенапряжения η1, ηSi, ηgra при реакции отдельно вычисляются в варианте 1 осуществления, только одно перенапряжение при реакции рассматривается для батареи 4 в варианте 2 осуществления (другими словами, доля перенапряжений ηSi, ηgra при реакции в отрицательном электроде включена в перенапряжение η1 при реакции в положительном электроде).[0193] In S706, the
[0194] Выражение (56) представляет собой выражение, идентичное выражению, которое устанавливается в одночастичной модели, в которой активное вещество положительного электрода и активное вещество отрицательного электрода просто интегрируются. Таким образом, в варианте 2 осуществления, можно сказать, что используется одночастичная модель, в отличие от трехчастичной модели в варианте 1 осуществления.[0194] Expression (56) is an expression identical to the expression that is established in the single-particle model in which the active substance of the positive electrode and the active substance of the negative electrode are simply integrated. Thus, in
[0195] На S707, ECU 100 определяет то, устанавливается или нет условие (условие сходимости), при котором полный ток IT сходится. В частности, ECU 100 определяет то, меньше или нет разность (абсолютное значение) между вычисленным напряжением Vcalc, вычисленным на S706, и измеренным напряжением Vmeas, определенным посредством датчика 71 напряжения, заданного значения PD (|Vcalc-Vmeas|<PD). В случае если абсолютное значение разности между вычисленным напряжением Vcalc и измеренным напряжением Vmeas меньше заданного значения PD (на S707, "Да"), ECU 100 переводит процесс на S709. В случае если абсолютное значение разности равно или выше заданного значения PD (на S707, "Нет"), ECU 100 обновляет полный ток IT согласно закону Ньютона (S708) и возвращает процесс на S701.[0195] In S707, the
[0196] На S709, ECU 100 выполняет "обработку вычисления количества лития" для вычисления количества θSi лития в кремниевой частице 21.[0196] In S709, the
[0197] Фиг. 18 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей обработку вычисления количества лития (обработку по S709 по фиг. 17) в варианте 2 осуществления. Ссылаясь на фиг. 18, на S801, ECU 100 вычисляет величину Δθ2 изменения лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода. Более конкретно, величина Δθ2 изменения лития может вычисляться посредством вычисления количества θ2 лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода, вычисленного из количества θ1 лития частицы 1 положительного электрода и отношения θrate емкости согласно выражению (47), описанному выше, два раза во время предыдущего вычисления и во время настоящего вычисления и вычисления разности между количествами θ2 лития.[0197] FIG. 18 is a flowchart showing lithium amount calculation processing (processing according to S709 of FIG. 17) in
[0198] На S802, ECU 100 задает количество θSi t лития для кремниевой частицы 21 во время настоящего вычисления, задается посредством суммирования величины ΔθSi изменения лития (см. S810), обновленной согласно закону Ньютона, с количеством θSi t-Δt лития для кремниевой частицы 21 во время предыдущего вычисления (см. выражение (57), описанное ниже).[0198] In S802, the
[0199] На S803, ECU 100 вычисляет USi_sta в качестве потенциала разомкнутой цепи кремниевой частицы 21 в случае поверхностного механического напряжения σsurf=0 из количества θSi t лития посредством обращения к заданной карте (не показана).[0199] In S803, the
[0200] На S804, ECU 100 вычисляет поверхностное механическое напряжение σsurf посредством выполнения обработки вычисления поверхностного механического напряжения.[0200] In S804, the
[0201] Фиг. 19 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей обработку вычисления поверхностного механического напряжения в варианте 2 осуществления. Ссылаясь на фиг. 19, блок-схема последовательности операций способа отличается от обработки вычисления поверхностного механического напряжения (см. фиг. 14) в варианте 1 осуществления тем, что не включена обработка вычисления (S401) среднего количества θSi_ave лития для кремниевой частицы 21. Другие виды обработки являются идентичными соответствующей обработке при обработке вычисления поверхностного механического напряжения в варианте 1 осуществления, и в силу этого описание не повторяется. После того, как последовательность обработки завершается, процесс возвращается к обработке вычисления количества лития по фиг. 18.[0201] FIG. 19 is a flowchart showing surface mechanical stress calculation processing in
[0202] Ссылаясь на фиг. 18 снова, на S805, ECU 100 вычисляет величину ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи из поверхностного механического напряжения σsurf согласно выражению (58) (выражению, идентичному выражению (17)), описанному ниже.[0202] Referring to FIG. 18 again, in S805, the
[0203] На S806, ECU 100 вычисляет потенциал USi разомкнутой цепи кремния посредством суммирования величины ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи вследствие поверхностного механического напряжения σsurf с USi_sta в качестве потенциала разомкнутой цепи кремниевой частицы 21, когда поверхностное механическое напряжение σsurf=0 (см. выражение (59), описанное ниже).[0203] In S806, the
[0204] На S807, ECU 100 вычисляет количество θgra лития для графитовой частицы 22 таким образом, что устанавливается такое условие (см. выражение (60), описанное ниже), что потенциал USi разомкнутой цепи кремния и потенциал Ugra разомкнутой цепи графита равны друг другу. В частности, поскольку значение левой стороны выражения (60) известно посредством обработки S805 и S806, можно сказать, что вычисляется значение потенциала Ugra разомкнутой цепи графита, указываемого в правой стороне выражения (60). Соответственно, количество θgra лития может вычисляться из потенциала Ugra разомкнутой цепи графита посредством обращения к карте (не показана), указывающей взаимосвязь соответствия между потенциалом Ugra разомкнутой цепи графита и количеством θgra лития.[0204] In S807, the
[0205] На S808, ECU 100 вычисляет количество θ2 t лития из количеств θSi, θgra лития согласно выражению (61), описанному ниже, которое устанавливается между количеством θSi лития для кремниевой частицы 21, количеством θgra лития для графитовой частицы 22 и количеством θ2 лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода.[0205] In S808, the
[0206] На S809, ECU 100 вычисляет разность (θ2 t-θ2 t-Δt) между количеством θ2 t лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода во время настоящего вычисления и количеством θ2 t-Δt лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода во время предыдущего вычисления. Количество θ2 t-Δt лития во время предыдущего вычисления временно сохраняется в запоминающем устройстве 100B для использования при настоящем вычислении. Затем ECU 100 сравнивает разность (θ2 t-θ2 t-Δt), вычисленную вышеописанным способом, с величиной Δθ2 изменения лития, вычисленной на S801.[0206] In S809, the
[0207] В случае если ошибка между разностью (θ2 t-θ2 t-Δt) и величиной Δθ2 изменения лития равна или выше порогового значения TH (на S809, "Нет"), ECU 100 переводит процесс на S810 и обновляет величину ΔθSi изменения лития (см. S802) для использования при вычислении количества θSi лития во время следующего вычисления согласно закону Ньютона. В случае если ошибка между разностью (θ2 t-θ2 t-Δt) и величиной Δθ2 изменения лития меньше порогового значения TH (на S809, "Да"), ECU 100 использует количество θSi лития для кремниевой частицы 21, вычисленное через обработку вычисления количества лития, в качестве значения, применимого при обработке последующей стадии (при обработке оценки SOC) (S811). Вследствие этого, обработка вычисления количества лития (S709) завершается. После этого, обработка вычисления сходимости (S606) завершается, и обработка вычисления потенциала (S600) также завершается.[0207] If the error between the difference (θ 2 t -θ 2 t-Δt ) and the lithium change Δθ 2 is equal to or higher than the threshold TH (in S809, "No"), the
[0208] Возвращаясь к фиг. 16, ECU 100 выполняет обработку оценки SOC (S200) после того, как выполнение обработки вычисления потенциала (S600) завершается. Обработка оценки SOC является идентичной обработке оценки SOC (см. фиг. 12) в варианте 1 осуществления, и в силу этого подробное описание не повторяется.[0208] Returning to FIG. 16, the
[0209] Как описано выше, даже в варианте 2 осуществления, аналогично варианту 1 осуществления, поверхностное механическое напряжение σsurf вычисляется через обработку вычисления поверхностного механического напряжения (S804), и величина ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи кремниевой частицы 21 вычисляется на основе поверхностного механического напряжения σsurf (S805). Таким образом, потенциал U2 разомкнутой цепи отрицательного электрода вычисляется с учетом влияния гистерезиса вследствие поверхностного механического напряжения σsurf, за счет чего можно вычислять потенциал U2 разомкнутой цепи отрицательного электрода с высокой точностью. Как результат, также можно повышать точность оценки SOC батареи 4.[0209] As described above, even in
[0210] В варианте 2 осуществления, диффузия лития в кремниевой частице 21 и графитовой частице 22 упрощается, и по этой причине, уравнение диффузии относительно кремниевой частицы 21 и уравнения диффузии (см. выражения (9)-(16)) относительно графитовой частицы 22 опускаются. Кремниевая частица 21 и графитовая частица 22 интегрально рассматриваются в качестве смешанной частицы 2 отрицательного электрода, поверхность и внутренняя часть смешанной частицы 2 отрицательного электрода не различаются между собой, и количество θ2 лития в качестве параметра, полученного посредством нормализации концентрации лития в смешанной частице 2 отрицательного электрода, используется. Далее, в варианте 2 осуществления, с акцентированием внимания на том, что имеется корреляционная взаимосвязь между концентрацией лития в частице 1 положительного электрода и концентрацией лития в смешанной частице 2 отрицательного электрода, количество θ2 лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода вычисляется из количества θ1 лития частицы 1 положительного электрода с использованием отношения θrate емкостей касательно емкости частицы 1 положительного электрода к емкости смешанной частицы 2 отрицательного электрода (см. выражение (46), описанное выше).[0210] In
[0211] В варианте 2 осуществления, диффузия лития в кремниевой частице 21 и графитовой частице 22 не учитывается намеренно, за счет чего можно уменьшать объем вычислений (вычислительную нагрузку, объем запоминающего устройства и время вычисления) ECU 100.[0211] In
Вариант 3 осуществления
[0212] При обработке вычисления количества лития (см. фиг. 18) в варианте 2 осуществления, описывается такое преимущество, что вычисление (вычисление сходимости) для обновления ΔθSi выполняется до тех пор, пока разность (θ2 t-θ2 t-Δt) количества θ2 лития между предыдущим вычислением и настоящим вычислением не сходится на величине Δθ2 изменения лития, вычисленной посредством другого способа (см. обработку по S809 и S810). В варианте 3 осуществления, чтобы дополнительно уменьшать объем вычислений ECU 100, описывается конфигурация, в которой потребность в вычислении сходимости исключается посредством выполнения линейной аппроксимации для того, чтобы вычислять величину ΔθSi изменения лития для кремниевой частицы 21.[0212] In the lithium amount calculation processing (see FIG. 18) in
[0213] Вариант 3 осуществления отличается от варианта 2 осуществления тем, что другая обработка вычисления количества лития выполняется вместо обработки вычисления количества лития, показанной на фиг. 18. Другие виды обработки, т.е. обработка вычисления потенциала, обработка оценки SOC (см. фиг. 16), обработка вычисления сходимости (см. фиг. 17) и обработка вычисления поверхностного механического напряжения (см. фиг. 19), являются идентичными соответствующей обработке в варианте 2 осуществления, и в силу этого описание не повторяется. Общая конфигурация системы аккумуляторной батареи согласно варианту 3 осуществления является идентичной общей конфигурации (см. фиг. 1) системы 10 аккумуляторной батареи согласно варианту 1 осуществления.[0213]
Линейная аппроксимация распределения литияLinear approximation of the distribution of lithium
[0214] Интервал от предыдущего вычисления до настоящего вычисления составляет порядка от десятков миллисекунд до сотен миллисекунд и является достаточно коротким. Другими словами, величина Δθ изменения лития (подробнее, величина ΔθSi изменения лития для кремниевой частицы) от предыдущего вычисления до настоящего вычисления считается достаточно небольшой. Соответственно, в случае если разложение в ряд Тейлора подвергается потенциалу VSi кремния около определенного количества θSi' лития, выражение (62), описанное ниже, извлекается.[0214] The interval from the previous calculation to the present calculation is of the order of tens of milliseconds to hundreds of milliseconds and is quite short. In other words, the Δθ value of the lithium change (in more detail, the Δθ Si value of the lithium change for the silicon particle) from the previous calculation to the present calculation is considered quite small. Accordingly, in the case where the Taylor series expansion is subjected to a silicon potential V Si near a certain amount of lithium θ Si ′, expression (62) described below is extracted.
[0215] В выражении (62), в случае если (θSi-θSi') является незначительным, члены второго порядка и выше (θSi-θSi') пренебрежимо малы. Соответственно, выражение (62) модифицируется в качестве выражения (63), описанного ниже.[0215] In expression (62), if (θ Si -θ Si ') is negligible, terms of the second order and higher (θ Si -θ Si ') are negligible. Accordingly, expression (62) is modified as expression (63) described below.
[0216] В выражении (63), в случае если VSi(θSi)-VSi(θSi')=ΔVSi и θSi-θ'=ΔθSi, получается выражение (64), описанное ниже.[0216] In expression (63), if V Si (θ Si ) -V Si (θ Si ') = ΔV Si and θ Si -θ' = Δθ Si , expression (64) is described below.
[0217] Поскольку потенциал USi разомкнутой цепи (потенциал разомкнутой цепи кремния) кремниевой частицы 21 задается посредством выражения (65), описанного ниже, выражение (64) может представляться как выражение (66), описанное ниже.[0217] Since the open-circuit potential U Si ( open-circuit potential of silicon) of the
[0218] В отношении графитовой частицы 22, тогда как отсутствует член, включающий в себя поверхностное механическое напряжение σsurf (второй член в правой стороне выражения (65), описанного выше), величина ΔVgra изменения потенциала графитовой частицы 22 может представляться как выражение (67), описанное ниже, через идентичное вычисление.[0218] With respect to the
[0219] Поскольку кремниевая частица 21 и графитовая частица 22 постоянно имеют идентичный потенциал (VSi=Vgra), в отношении величины ΔVSi изменения потенциала кремния и величины ΔVgra изменения потенциала графита, устанавливается такая взаимосвязь, что обе из величины ΔVSi изменения и величины ΔVgra изменения равны друг другу (ΔVSi=ΔVgra). Взаимосвязь представляется как выражение (68), описанное ниже, с использованием выражений (66) и (67), описанных выше.[0219] Since the
[0220] Выражение (69), описанное ниже, может извлекаться из выражения (68), описанного выше, посредством выполнения соответствующей модификации выражения.[0220] Expression (69) described below can be extracted from expression (68) described above by performing appropriate modification of the expression.
[0221] В случае если величина Δc2 изменения концентрации лития во всей смешанной частице 2 отрицательного электрода известна, величина ΔcSi изменения концентрации лития для кремниевой частицы 21 и величина Δcgra изменения концентрации лития для графитовой частицы 22 могут вычисляться с использованием выражения (69). Величина Δc2 изменения концентрации лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода задается посредством выражения (70), описанного ниже.[0221] If the Δc 2 value of the change in lithium concentration in the entire mixed
[0222] Величина ΔθSi изменения лития для кремниевой частицы 21 может представляться как выражение (71), описанное ниже из выражений (69) и выражения (70).[0222] The magnitude Δθ Si of the change in lithium for the
[0223] При обработке вычисления количества лития (см. фиг. 18) в варианте 2 осуществления, величина ΔθSi изменения лития для кремниевой частицы 21 многократно обновляется до тех пор, пока разность (θ2 t-θ2 t-Δt) между количествами θ2 лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода двух последовательных вычислений не сходится на величине Δθ2 изменения лития, вычисленной из количества θ1 лития и отношения θrate емкости частицы 1 положительного электрода. По этой причине, большой объем вычислений запрашивается для ECU 100, чтобы принимать окончательное решение относительно величины ΔθSi изменения лития. Напротив, в варианте 3 осуществления, как следует понимать из выражения (71), величина ΔθSi изменения лития для кремниевой частицы 21 вычисляется из величины Δθ2 изменения лития (величины Δθ2 изменения лития, вычисленной из количества θ1 лития и отношения θrate емкости частицы 1 положительного электрода) смешанной частицы 2 отрицательного электрода посредством одного вычисления. Следовательно, можно значительно уменьшать объем вычислений для того, чтобы определять величину ΔθSi изменения лития.[0223] In the processing for calculating the amount of lithium (see FIG. 18) in
Последовательность операций обработки вычисления количества литияLithium Amount Processing Processing Flow
[0224] Фиг. 20 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей обработку вычисления количества лития в варианте 3 осуществления. На блок-схеме последовательности операций способа, приведены начальное значение количества θSi лития для кремниевой частицы 21 и начальное значение количества θgra лития для графитовой частицы, и количества θSi, θgra лития обновляются каждый раз, когда последовательность обработки многократно выполняется.[0224] FIG. 20 is a flowchart showing lithium amount calculation processing in
[0225] Ссылаясь на фиг. 20, обработка по S1002-S1006 представляет собой обработку, которая выполняется для кремниевой частицы 21, и обработка по S1007-S1009 представляет собой обработку, которая выполняется для графитовой частицы 22. ECU 100 может изменять последовательность этих видов обработки, может выполнять обработку по S1007-S1009 для графитовой частицы 22 и после этого может выполнять обработку по S1002-S1006 для кремниевой частицы 21.[0225] Referring to FIG. 20, the processing according to S1002-S1006 is the processing that is performed for the
[0226] На S1001, аналогично S801 (см. фиг. 18) обработки вычисления количества лития в варианте 2 осуществления, ECU 100 вычисляет величину Δθ2 изменения лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода. Таким образом, величина Δθ2 изменения лития вычисляется посредством вычисления количества θ2 лития смешанной частицы 2 отрицательного электрода, вычисленной из количества θ1 лития и отношения θrate емкости частицы 1 положительного электрода согласно выражению (47), описанному выше, два раза во время предыдущего вычисления и во время настоящего вычисления и вычисления разности между количествами θ2 лития.[0226] In S1001, similar to S801 (see FIG. 18) of the lithium quantity calculation processing in
[0227] На S1002, вычисляется количество θSi' лития (=θSi t), которое изменяется относительно количества θSi лития (=θSi t-Δt) кремниевой частицы 21 во время предыдущего вычисления на незначительное количество. Незначительное количество задается равным достаточно небольшому количеству таким образом, что разложение в ряд Тейлора может подвергаться потенциалу VSi кремния около количества θSi' лития (см. выражение (62), описанное выше).[0227] In S1002, a lithium quantity θ Si ′ (= θ Si t ) is calculated which changes with respect to the lithium quantity θ Si (= θ Si t-Δt ) of the
[0228] На S1003, ECU 100 вычисляет потенциал USi_sta разомкнутой цепи кремния в качестве потенциала разомкнутой цепи кремниевой частицы 21, когда поверхностное механическое напряжение σsurf=0. Подробнее, ECU 100 вычисляет потенциал USi_sta разомкнутой цепи кремния, соответствующий количеству θSi' лития, вычисленному на S1001, посредством обращения к карте (не показана), указывающей взаимосвязь соответствия между количеством θSi лития для кремниевой частицы 21 и потенциалом USi_sta разомкнутой цепи кремния.[0228] In S1003, the
[0229] На S1004, ECU 100 выполняет обработку вычисления поверхностного механического напряжения, чтобы вычислять поверхностное механическое напряжение σsurf кремниевой частицы 21. Как описано выше, обработка вычисления поверхностного механического напряжения осуществляется вместе с обработкой вычисления поверхностного механического напряжения (см. фиг. 19) в варианте 2 осуществления.[0229] In S1004, the
[0230] На S1005, ECU 100 вычисляет величину ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи (=σsurfΩ/F) на основе результата вычисления (поверхностного механического напряжения σsurf кремниевой частицы 21) обработки вычисления поверхностного механического напряжения (см. выражение (58), описанное выше).[0230] In S1005, the
[0231] На S1006, ECU 100 вычисляет потенциал USi разомкнутой цепи кремния посредством суммирования величины ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи с потенциалом USi_sta разомкнутой цепи кремния (результатом вычисления при обработке S1003) (см. выражение (59), описанное выше).[0231] In S1006, the
[0232] На S1007, ECU 100 вычисляет частный дифференциал ∂USi/∂θSi потенциала USi разомкнутой цепи кремния с количеством кремния θSi=θSi'. Значение вычисленного частного дифференциала используется во втором члене знаменателя выражения (75).[0232] In S1007, the
[0233] На S1008, аналогично обработке S1001, ECU 100 вычисляет количество θgra' кремния, которое изменяется относительно количества θgra лития для графитовой частицы 22 во время предыдущего вычисления на незначительное количество.[0233] In S1008, similarly to the processing of S1001, the
[0234] На S1009, ECU 100 вычисляет потенциал Ugra разомкнутой цепи графита на основе количества θgra лития для графитовой частицы 22, вычисленного на S1007. Карта (не показана), подготовленная заранее, используется при вычислении.[0234] In S1009, the
[0235] На S1010, аналогично обработке S1006, ECU 100 вычисляет частный дифференциал ∂Ugra/∂θgra потенциала Ugra разомкнутой цепи графита с количеством кремния θgra=θgra'. Значение вычисленного частного дифференциала используется в первых членах числителя и знаменателе выражения (75).[0235] In S1010, similarly to processing S1006, the
[0236] На S1011, ECU 100 вычисляет величину ΔθSi изменения лития на основе выражения (75), описанного выше. В частности, величина Δθ2 изменения лития смешанной частицы отрицательного электрода, вычисленная на S1001, частный дифференциал ∂USi/∂θSi потенциала USi разомкнутой цепи кремния, вычисленный на S1007, и частный дифференциал ∂Ugra/∂θgra потенциала Ugra разомкнутой цепи графита, вычисленный на S1010, подставляются в выражение (75), за счет чего вычисляется величина ΔθSi изменения лития.[0236] In S1011, the
[0237] Как описано выше, согласно варианту 3 осуществления, аналогично вариантам 1 и 2 осуществления, поверхностное механическое напряжение σsurf вычисляется через обработку вычисления поверхностного механического напряжения (S1004), и величина ΔVstress изменения потенциала разомкнутой цепи кремниевой частицы 21 вычисляется на основе поверхностного механического напряжения σsurf (S1005). Таким образом, потенциал USi разомкнутой цепи кремния вычисляется с учетом влияния гистерезиса вследствие поверхностного механического напряжения σsurf, за счет чего можно повышать точность вычисления потенциала USi разомкнутой цепи кремния и, как результат, повышать точность оценки SOC батареи 4.[0237] As described above, according to
[0238] В варианте 3 осуществления, выражение (75) извлекается посредством модификации выражения с использованием произведения (cSi,max*cgra,max) предельных концентраций лития при таком условии, что потенциал VSi кремния (см. выражение (63), описанное выше), подвергнутый аппроксимации (т.е. линейной аппроксимации), в которой членах второго порядка и выше игнорируются после разложения в ряд Тейлора, и потенциал Vgra графита, подвергнутый идентичной аппроксимации, равны друг другу (см. выражение (68), описанное выше). Значения подставляются в члены выражения (75), за счет чего вычисление сходимости не требуется, и величина ΔθSi изменения лития может вычисляться через простое умножение и деление. Следовательно, согласно варианту 3 осуществления, можно дополнительно уменьшать вычислительную нагрузку и объем запоминающего устройства ECU 100 по сравнению с обработкой вычисления количества лития в варианте 2 осуществления.[0238] In
[0239] Управление подавлением осаждения лития, описанное в примере 2 модификации варианта 1 осуществления, может комбинироваться с обработкой вычисления потенциала в варианте 2 осуществления или может комбинироваться с обработкой вычисления потенциала в варианте 3 осуществления. Таким образом, потенциал V2 отрицательного электрода может вычисляться посредством способа, в котором трехчастичная модель в варианте 1 осуществления в большей степени упрощается, и допустимая электрическая мощность Iwin заряда может вычисляться согласно вычисленному потенциалу V2 отрицательного электрода согласно блок-схеме последовательности операций способа, показанной на фиг. 19.[0239] The lithium deposition suppression control described in modification example 2 of
[0240] В вариантах 1-3 осуществления (и в примерах 1 и 2 модификации варианта 1 осуществления), описывается пример, в котором материал на основе кремния используется в качестве активного вещества отрицательного электрода, имеющего большую величину изменения объема с зарядом и разрядом, является большим. Тем не менее, активное вещество отрицательного электрода, имеющее большую величину изменения объема с зарядом и разрядом, не ограничено этим. В этом подробном описании, "активное вещество отрицательного электрода, имеющее большую величину изменения объема", означает материал, имеющий большую величину изменения объема по сравнению с величиной изменения объема (приблизительно 10%) графита с зарядом и разрядом. В качестве такого материала отрицательного электрода литий-ионной аккумуляторной батареи, примерно иллюстрируются оловянное соединение (Sn, SnO и т.п.), германиевое (Ge) соединение или свинцовое (Pb) соединение. Литий-ионная аккумуляторная батарея не ограничена жидкостной системой и может представлять собой полимерную систему или полностью твердотельную систему.[0240] In embodiments 1-3, (and in modification examples 1 and 2 of embodiment 1), an example is described in which a silicon-based material is used as an active substance of a negative electrode having a large change in volume with charge and discharge, is great. However, the active substance of the negative electrode having a large amount of volume change with charge and discharge is not limited to this. In this detailed description, “negative electrode active substance having a large change in volume” means a material having a large change in volume compared to a change in volume (approximately 10%) of graphite with charge and discharge. As such a negative electrode material of a lithium ion secondary battery, the tin compound (Sn, SnO and the like), the germanium (Ge) compound, or the lead (Pb) compound are approximately illustrated. The lithium-ion battery is not limited to a liquid system and may be a polymer system or a fully solid state system.
[0241] Аккумуляторная батарея, к которой является применимой вышеописанная обработка вычисления потенциала, не ограничена литий-ионной аккумуляторной батареей и может представлять собой другие аккумуляторные батареи (например, никель-водородный аккумулятор).[0241] The battery to which the above-described potential calculation processing is applicable is not limited to a lithium-ion battery and may be other batteries (eg, a nickel-hydrogen battery).
[0242] Вариант осуществления, раскрытый в данном документе должен считаться просто иллюстративным, а не ограничивающим во всех отношениях. Объем настоящего раскрытия задается посредством формулы изобретения, а не вышеприведенного описания варианта осуществления, и имеет намерение включать в себя любые модификации в пределах объема и сущности, эквивалентные формуле изобретения.[0242] The embodiment disclosed herein should be considered merely illustrative and not limiting in all respects. The scope of the present disclosure is defined by the claims, and not the above description of an embodiment, and is intended to include any modifications within the scope and spirit equivalent to the claims.
Claims (36)
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018172614 | 2018-09-14 | ||
JP2018-172614 | 2018-09-14 | ||
JP2019-144603 | 2019-08-06 | ||
JP2019144603A JP7115439B2 (en) | 2018-09-14 | 2019-08-06 | SECONDARY BATTERY SYSTEM AND SECONDARY BATTERY INTERNAL STATE ESTIMATION METHOD |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2714888C1 true RU2714888C1 (en) | 2020-02-20 |
Family
ID=69899857
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019128561A RU2714888C1 (en) | 2018-09-14 | 2019-09-12 | Accumulator battery system and a method for evaluating the internal state of an accumulator battery |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7115439B2 (en) |
KR (1) | KR102238209B1 (en) |
BR (1) | BR102019018823A2 (en) |
RU (1) | RU2714888C1 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7389258B2 (en) * | 2020-07-16 | 2023-11-29 | 株式会社日立製作所 | Battery management device, battery management method, power storage system |
KR20230036707A (en) * | 2021-09-08 | 2023-03-15 | 삼성전자주식회사 | Electronic device for estimating battery state and method for operating method thereof |
JP7259138B1 (en) * | 2021-12-10 | 2023-04-17 | 旭化成株式会社 | Current separation method, doping method and doping apparatus for non-aqueous lithium storage element |
EP4216249A1 (en) | 2021-12-10 | 2023-07-26 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Current separation method for nonaqueous lithium power storage element, prediction method, system and like |
CN116583968A (en) * | 2021-12-10 | 2023-08-11 | 旭化成株式会社 | Current separation method, doping method and doping device for nonaqueous lithium storage element |
WO2023105818A1 (en) * | 2021-12-10 | 2023-06-15 | 旭化成株式会社 | Current separation method for non-aqueous lithium power storage element, doping method, and doping device |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014139521A (en) * | 2013-01-21 | 2014-07-31 | Toyota Industries Corp | Charging rate estimation device and charging rate estimation method |
JP2015167127A (en) * | 2014-02-12 | 2015-09-24 | 大阪瓦斯株式会社 | Negative electrode material for lithium secondary battery and manufacturing method therefor, negative electrode active material composition for lithium secondary battery using negative electrode material, negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery |
JP2015166710A (en) * | 2014-03-04 | 2015-09-24 | ソニー株式会社 | Electric storage member state estimation apparatus, battery pack, electric vehicle, electric storage device, and electric storage member state estimation method |
RU2566085C1 (en) * | 2011-08-29 | 2015-10-20 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Active material for sodium accumulator positive electrode and method of its manufacturing |
US20160375790A1 (en) * | 2015-06-25 | 2016-12-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal resistance estimation method for secondary battery, output control method for secondary battery, and vehicle |
KR20180076879A (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 주식회사 뉴텍코리아 | Battery management system having active and passive cell balancing circuit, being controlled by adoptive PWM control |
KR20180079971A (en) * | 2017-01-03 | 2018-07-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | Voltage detecting ic and battery management system including the same |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103718053B (en) * | 2011-08-03 | 2016-08-17 | 丰田自动车株式会社 | The deterioration state estimating device of secondary cell and deterioration state presumption method |
JP5864380B2 (en) * | 2012-08-02 | 2016-02-17 | トヨタ自動車株式会社 | Secondary battery state estimation device |
JP2014126411A (en) * | 2012-12-25 | 2014-07-07 | Toyota Motor Corp | Secondary battery state estimation device and control device |
KR102501672B1 (en) | 2014-08-29 | 2023-02-17 | 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 미시건 | Bulk force in a battery pack and its application to state of charge estimation |
JP6356633B2 (en) | 2015-06-02 | 2018-07-11 | トヨタ自動車株式会社 | Secondary battery system |
JP2017022075A (en) | 2015-07-15 | 2017-01-26 | 日立化成株式会社 | Anode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery with the same |
JP6668905B2 (en) | 2016-04-12 | 2020-03-18 | トヨタ自動車株式会社 | Battery deterioration estimation device |
JP6642242B2 (en) | 2016-04-26 | 2020-02-05 | トヨタ自動車株式会社 | Battery system |
JP6834416B2 (en) | 2016-11-30 | 2021-02-24 | トヨタ自動車株式会社 | Battery system |
-
2019
- 2019-08-06 JP JP2019144603A patent/JP7115439B2/en active Active
- 2019-09-10 KR KR1020190111963A patent/KR102238209B1/en active IP Right Grant
- 2019-09-11 BR BR102019018823-5A patent/BR102019018823A2/en not_active Application Discontinuation
- 2019-09-12 RU RU2019128561A patent/RU2714888C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566085C1 (en) * | 2011-08-29 | 2015-10-20 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Active material for sodium accumulator positive electrode and method of its manufacturing |
JP2014139521A (en) * | 2013-01-21 | 2014-07-31 | Toyota Industries Corp | Charging rate estimation device and charging rate estimation method |
JP2015167127A (en) * | 2014-02-12 | 2015-09-24 | 大阪瓦斯株式会社 | Negative electrode material for lithium secondary battery and manufacturing method therefor, negative electrode active material composition for lithium secondary battery using negative electrode material, negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery |
JP2015166710A (en) * | 2014-03-04 | 2015-09-24 | ソニー株式会社 | Electric storage member state estimation apparatus, battery pack, electric vehicle, electric storage device, and electric storage member state estimation method |
US20160375790A1 (en) * | 2015-06-25 | 2016-12-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal resistance estimation method for secondary battery, output control method for secondary battery, and vehicle |
KR20180076879A (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 주식회사 뉴텍코리아 | Battery management system having active and passive cell balancing circuit, being controlled by adoptive PWM control |
KR20180079971A (en) * | 2017-01-03 | 2018-07-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | Voltage detecting ic and battery management system including the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BR102019018823A2 (en) | 2020-03-24 |
JP2020047587A (en) | 2020-03-26 |
JP7115439B2 (en) | 2022-08-09 |
KR20200031532A (en) | 2020-03-24 |
KR102238209B1 (en) | 2021-04-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2714888C1 (en) | Accumulator battery system and a method for evaluating the internal state of an accumulator battery | |
US10802080B2 (en) | Battery system in vehicle and aging deterioration estimation method for battery | |
US10859632B2 (en) | Secondary battery system and SOC estimation method for secondary battery | |
RU2692242C1 (en) | Auxiliary accumulator system and method for evaluation of mechanical stress of active material of auxiliary accumulator | |
CN101641607B (en) | State estimating device for secondary battery | |
CN110901399B (en) | Secondary battery system and method of estimating internal state of secondary battery | |
CN110911764B (en) | Secondary battery system and method for estimating deterioration state of secondary battery | |
US20130030739A1 (en) | Device and method for determining deterioration of secondary battery | |
US11454674B2 (en) | Secondary battery system and method for estimating SOC of secondary battery | |
JP7131002B2 (en) | Secondary battery deterioration estimation device | |
JP7020095B2 (en) | Rechargeable battery system | |
de Melo et al. | Batteries usability for Electric Vehicle powertrain | |
JP2020046420A (en) | Secondary battery system and method for estimating degradation state of secondary battery | |
JP7095664B2 (en) | Rechargeable battery system | |
JP7040408B2 (en) | Rechargeable battery system |