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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft beispielsweise eine Vorrichtung zum
Messen der Leistungsfähigkeit einer Sekundärbatterie,
ein Batteriesteuerungssystem und ein Fahrzeug.
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Eine
nichtwässrige Elektrolyt-Sekundärbatterie, die
verkörpert wird durch eine Lithiumionen-Sekundärbatterie,
weist eine hohe Energiedichte auf und wird als eine Leistungsquelle
bzw. Energiequelle von verschiedenen mobilen elektronischen Vorrichtungen
verwendet. Ferner wurde in den letzten Jahren eine praktische Verwendung
von Sekundärbatterien für Hybrid-Fahrzeuge, zweirädrige
Hybrid-Fahrzeuge, elektrische Fahrzeuge und elektrische Motorräder
angedacht. Sekundärbatterien, die für Fahrzeuge
wie Automobile verwendet werden, müssen eine Batterielebensdauer
von 10 bis 15 Jahren genauso wie das Automobil selber aufweisen.
Ferner ist es am Lebensende der Batterie notwendig, dass die Batterie
zumindest eine minimale Fähigkeit aufweist, das Fahrzeug
zu bewegen, anstelle von gar nicht mehr funktionstüchtig
zu sein. Mit anderen Worten sollte selbst beim Erreichen des Endes
der Lebenszeit eine Sekundärbatterie ihre Kapazität
beibehalten und in der Lage sein, ihre minimale Ausgabe zu erbringen.
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Mittlerweile
wird es bei der Verwendung von Sekundärbatterien für
Fahrzeuge als unerlässlich betrachtet, eine Diagnose des
Grads der Zellenverschlechterung und der Leistungsfähigkeitsvorhersage
während einer Langzeitverwendung über zehn Jahre
oder mehr durchzuführen. Als ein Indikator für die
Zellenausgabeverschlechterung ist ein interner Widerstand einer
Zelle geeignet. Wenn der interne Widerstand R der Zelle bestimmt
wird, kann ein zulässiger Stromwert Imax berechnet werden.
Wenn eine Leerlaufspannung einer Zelle als Voc und ein minimaler
Wert des verwendbaren bzw. nutzbaren Spannungsbereichs als Vmin
ausgedrückt wird, kann eine maximale Ausgabe bzw. ein maximaler
Ausgang Pmax der Zelle wie in der folgenden Gleichung ausgedrückt
werden. Pmax = Vmin × Imax = Vmin × (Voc – Vmin)/R
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Da
der interne Widerstand R der Zelle aus der Veränderung
der Zellenspannung berechnet werden kann, die aufgetreten ist bei
Verändern des Stromwerts, kann dieser berechnet werden
durch eine Widerstandsmessvorrichtung, sowie ein Messgerät,
oder von Strom-Spannungs-Daten bei Zellenverwendung. Ferner sind
Mittel zum Durchführen von Lebensdauervorhersage durch
Ermitteln eines Widerstandswerts einer Batterie beispielsweise offenbart
in
JP-A 2000-133322 (KOKAI),
JP-A 2001-119862 (KOKAI)
und
JP-A 2004-264076 (KOKAI).
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Da
jedoch Sekundärbatterien für Fahrzeuge im Freien,
das heißt außerhalb geschlossener Räume,
während aller vier Jahreszeiten verwendet werden, sollte
berücksichtigt werden, dass diese in einem breiten Temperaturbereich
von 30°C unterhalb Null bis 40°C verwendet werden.
Da sich die Zellenausgangsleistung bei niedrigen Temperaturen vermindert,
ist es im Genaueren notwendig, genau vorherzusagen, ob die Batterien
eine Ausgabekapazität aufweisen, die für Fahrzeuge
selbst bei kalten Bedingungen zu verwenden ist. Folglich ist es
wichtig, dass das Verfahren zum Messen des Zustands der Zellenverschlechterung
auch die Ausgabeeigenschaften der Zelle bei niedrigen Temperaturen
umfasst. Da es jedoch schwierig ist, die Leistungsfähigkeit
zu messen durch tatsächliches Erhalten eines Tieftemperaturzustandes,
war es notwendig, einfache Mittel zum Messen des internen Widerstands
einer Zelle und zum Vorhersagen einer Temperaturveränderung
einzurichten.
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Ferner
wird in vielen Fällen eine große Menge von Elektrizität
benötigt, wenn ein Fahrzeug oder eine Einrichtung aktiviert
wird. Daher kann das Fahrzeug oder die Einrichtung anfällig
sein für die Verminderung der Zellenausgangsleistung unter
den Bedingungen einer niedrigen Temperatur. Im Gegensatz zu dem
Fall einer Ausgabefluktuation während des Betriebs ist
die Temperatur einer Zelle bei Aktivierung von einem Haltezustand
niedrig. Ferner benötigt ein Fehler bei der Inbetriebnahme
eine große Menge von Energie unnötigerweise. Selbst
zum jetzigen Zeitpunkt gibt es Fälle, in denen die Inbetriebnahme
von Fahrzeugen im Winter fehlschlägt aufgrund von verminderter
Batterieausgabeleistung, und dies bewirkt, dass die Batterie ausgeht,
während die Inbetriebnahmeoperation wiederholt wird. Daher
wurde ein Verfahren benötigt, bei dem die Widerstandsveränderung
einer Zelle, die durch Temperatur verursacht wird, genau vorhergesagt
wird, und in der Zelle gespeicherte Energie wirksam für
zuverlässige Inbetriebnahme verwendet wird.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Batteriemessvorrichtung:
eine Temperaturmesseinheit, die eine Temperatur T1 einer Sekundärbatterie;
eine Widerstandsmesseinheit, die einen Wechselstromwiderstandswert
und einen Gleichstrompulswiderstandswert einer ersten Entladungsperiode
der Sekundärbatterie bei der Temperatur T1 misst; und eine
Abschätzeinheit, in der ein elektrischer Widerstand Re1
und ein Reaktionswiderstand Rc1 der Sekundärbatterie bei
der Temperatur T1 berücksichtigt werden als
Re1 =
Wechselstromwiderstandswert
Rc1 = Gleichstrompulswiderstandswert
der ersten Entladungsperiode – Wechselstromwiderstandswert,
und
die mindestens einen internen Widerstand der Sekundärbatterie
unter Verwendung der Temperatur T1, des elektrischen Widerstands
Re1 und des Reaktionswiderstands Rc1 abschätzt.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Batteriesteuerungssystem:
die Batteriemessvorrichtung; und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit,
die einen Verschlechterungszustand der Sekundärbatterie
basierend auf dem Reaktionswiderstand Rc1 bestimmt.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeug das
Batteriesteuerungssystem und wird mit Energie betrieben, die von
der Sekundärbatterie zugeführt wird.
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Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung
dargelegt und sind teilweise aus der Beschreibung offensichtlich
oder können durch Ausführen bzw. Praktizieren
der Erfindung gelehrt werden. Die Merkmale, Ziele und Vorteile der
Erfindung können realisiert werden und erhalten werden
durch Mitwirkungen und Kombinationen, die im Folgenden dargelegt
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Funktionsblockdiagramm, das eine erste Ausführungsform
eines Batteriesteuerungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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2 zeigt
einen 1 kHz-Wechselstromwiderstandswert und einen 0,1 s-Gleichstromwiderstandswert
einer Lithiumionen-Sekundärbatterie beim Verschlechterungstest.
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3 zeigt
einen geschätzten bzw. berechneten Wert eines gemessenen
Werts eines Reaktionswiderstandes.
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4 zeigt
einen gemessenen Wert und ein Anpassungsergebnis eines elektrischen
Widerstands.
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5 zeigt
einen geschätzten/berechneten Wert und gemessenen Wert
eines internen Widerstands einer Zelle.
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6 ist
ein Flussdiagramm, das einen Alarmbenachrichtigungsprozess des Batteriesteuerungssystems,
das in 1 gezeigt ist, zeigt.
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7 ist
ein Flussdiagramm, das einen Aufwärmprozess des in 1 gezeigten
Batteriesteuerungssystems zeigt.
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8 ist
ein Flussdiagramm, das einen Verschlechterungsbestimmungsprozess
des in 1 gezeigten Batteriesteuerungssystems zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug
auf die Zeichnungen wie folgt erklärt.
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1 zeigt
ein Konfigurationsbeispiel eines Batteriesteuerungssystems gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieses Batteriesteuerungssystem
umfasst eine Batteriemessvorrichtung 100, die einen Zustand einer
Batteriezelle 1 evaluiert, und eine Steuerungseinheit 8,
die jede Vorrichtung steuert. Die Batteriezelle 1 umfasst eine
Batteriepackung, die beispielsweise eine oder eine Vielzahl von
nichtwässrigen Elektrolyt-Sekundärbatterien verwendet.
Das System umfasst ferner eine Belastungseinstellungsvorrichtung 2,
die einen Laststrom bzw. Belastungsstrom, der aus der Batteriezelle 1 entnommen
wird, einstellt, eine Temperatureinstellungsvorrichtung 3,
die eine Betriebstemperatur der Batteriezelle 1 einstellt,
eine Datenbank 9, die Steuerungsinformation aufweist zum
Steuern jeder Vorrichtung und später zu beschreibender
Gleichungen, die im Voraus gespeichert werden, und eine Darstellungseinheit
(deren Darstellung hier weggelassen ist). Die Steuerungseinheit 8 weist
eine Temperatursteuerungseinheit 81, eine Alarmbenachrichtigungseinheit 82 und
eine Verschlechterungsbestimmungseinheit 83 auf.
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Die
Batteriemessvorrichtung 100 umfasst eine Widerstandsmesseinheit 10,
die den Widerstand der Batteriezelle 1 misst, eine Temperaturmesseinheit 6,
die die Temperatur der Batteriezelle 1 misst, und eine
Abschätzeinheit bzw. Berechnungseinheit 7, die
einen internen Widerstand und eine Ausgabespannung bzw. Ausgangsspannung
etc. der Batteriezelle 1 unter Verwendung von jedem oben gemessenen
Wert abschätzt bzw. berechnet. Die Widerstandsmesseinheit 10 umfasst
eine Impedanzmesseinheit 4, die den Wechselstromwiderstand
in der Nähe von 1 kHz der Batteriezelle 1 misst,
und eine Strom-/Spannungsmesseinheit 5, die einen Strom/eine
Spannung der Batteriezelle 1 misst. Die Widerstandsmesseinheit 10 kann
den 0,1 s-Gleichstromwiderstand und 10 s-Gleichstromwiderstand aus
einem gemessenen Wert dieses Stroms/dieser Spannung berechnen.
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Ein
Betrieb des Batteriesteuerungssystems, das auf diese Art und Weise
konfiguriert ist, wird wie folgt beschrieben.
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(Abschätzprozess bzw. Berechnungsprozess
des zelleninternen Widerstands)
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Eine
Batterie, die geeignet ist für die Batteriemessvorrichtung 100 der
vorliegenden Erfindung, ist eine Batterie, die eine hohe Ausgangsleistungsdichte und
eine hohe Energiedichte aufweist, und die auf solch eine Art und
Weise strukturiert ist, dass eine positive Elektrode, eine negative
Elektrode und ein Separator in einer Rolle aufgerollt sind oder
gestapelt sind. Beispielsweise können eine nichtwässrige
Elektrolyt-Sekundärbatterie, die verkörpert wird
von einer Lithiumionen-Sekundärbatterie und einer Nickelhydrid-Sekundärbatterie,
angeführt werden. Im Folgenden wird ein Fall beschrieben,
in dem eine Lithiumionen-Sekundärbatterie für
die Batteriezelle 1 verwendet wird.
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Wenn
die Temperatur der Batteriezelle 1 niedriger wird, wird
die Elektrodenreaktionsrate langsamer, und die Lithiumionen-Leitungseigenschaft
einer elektrolytischen Lösung lässt nach, wodurch
der zelleninterne Widerstand ansteigt. Ferner verändert sich
die Temperaturabhängigkeit des zelleninternen Widerstands
mit dem Fortschreiten der Zellenverschlechterung. Dies ist so, da
der zelleninterne Widerstand eine Summe von verschiedenen Komponenten
ist, und die Verschlechterungsrate und die Temperaturabhängigkeit
von jeder Komponente unterschiedlich sind. Um eine Temperaturabhängigkeit des
zelleninternen Widerstands vorherzusagen, ist daher eine Kenntnis
von Trennungs- und Temperaturabhängigkeit von jeder Komponente
notwendig. Allgemein gibt es für die Komponente des zelleninternen
Widerstands drei Komponenten, so wie einen elektrischen Widerstand
Re, einen Reaktionswiderstand Rc und einen Diffusionswiderstand
Rd.
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Es
ist schwierig, den elektrischen Widerstand Re, den Reaktionswiderstand
Rc und den Diffusionswiderstand Rd voneinander zu trennen einfach
durch Messen des internen Widerstands durch eine Strom-Spannungs-Reaktion
der Zelle. Es ist notwendig, elektrochemische Messungen der Batteriezelle 1 beispielsweise
unter Verwendung eines Wechselstromimpedanzverfahrens durchzuführen.
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Hier
wird im Folgenden ein Messbeispiel einer Lithiumionen Sekundärbatterie
dargelegt.
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2 zeigt
einen Übergang von Messergebnissen eines 1 kHz-Wechselstromwiderstandswerts und
eines 0,1 s-Gleichstrom-Widerstandswerts einer Batterie beim Verschlechterungstest,
wenn diese bei einer hohen Temperatur aufbewahrt wird. Es gibt Unterschiede
zwischen dem 1 kHz-Wechselstromwiderstandswert und dem 0,1 s-Gleichstromwiderstandswert,
wobei eine Erhöhung lediglich bei dem 0,1 s-Gleichstromwiderstandswert
aufgrund von Verschlechterung beobachtet werden kann.
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3 zeigt
eine Auftragung eines abgeschätzten bzw. berechneten Werts,
wenn der Reaktionswiderstand Rc = 0,1 s-Gleichstromwiderstandswert – 1
kHz-Wechselstromwiderstandswert ist, und ein gemessener Wert des
Reaktionswiderstands Rc durch das Wechselstrom-Impedanzverfahren
gemessen wird. Gemäß 3 ist ersichtlich,
dass sowohl der abgeschätzte Wert als auch der gemessene Wert
von Rc in etwa die gleiche Anstiegstendenz aufweisen, die durch
eine Größe und durch Verschlechterung bewirkt
wird.
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Daher
werden in der vorliegenden Erfindung der Wechselstromwiderstandswert,
der 0,1 s-Gleichstromwiderstandswert und der 10 s-Gleichstromwiderstandswert,
die einfach in der Nähe von 1 kHz. gemessen werden können,
jeweils gemessen, um zu definieren, dass der 1 kHz-Wechselstromwiderstandswert
der elektrische Widerstand Re ist, ein Wert, der erhalten wird durch
Subtrahieren des 1 kHz-Wechselstromwiderstandswerts von dem 0,1 s-Gleichstromwiderstandswert,
der Reaktionswiderstand Rc ist, und ein Wert, der erhalten wird
durch Subtrahieren des 0,1 s-Gleichstromwiderstandswerts von dem
10 s-Gleichstromwiderstandswert, der Diffusionswiderstand Rd ist,
wie in der folgenden Gleichung gezeigt.
Re1 = 1 kHz-Wechselstromwiderstandswert
Rc1
= 0,1 s-Gleichstromwiderstandswert – 1 kHz-Wechselstromwiderstandswert
Rd
= 10 s-Gleichstromwiderstandswert – 0,1 s-Gleichstromwiderstandswert
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Jede
Widerstandskomponente weist die folgenden Charakteristiken bzw.
Eigenschaften auf.
- (1) Der elektrische Widerstand
Re ist hauptsächlich ein Ionenleitfähigkeitswiderstand
einer elektrolytischen Lösung, der sich weniger erhöht durch
Verschlechterung und eine moderate Temperaturabhängigkeit
aufweist.
- (2) Der Reaktionswiderstand Rc ist ein Reaktionswiderstand einer
Batterie-Elektrodenreaktion, der sich durch Verschlechterung erhöht
und eine signifikant große Temperaturabhängigkeit
aufweist.
- (3) Der Diffusionswiderstand Rd ist ein Diffusionswiderstand
eines Lithiumions, der sich kaum aufgrund von Verschlechterung verändert
und bei dem im Vergleich zu den anderen beiden Widerständen
die Temperaturabhängigkeit größtenteils ignoriert
werden kann.
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Ferner
wird bevorzugt, das Messverfahren von jedem Widerstandswert wie
folgt gemäß den Batterieeigenschaften einzustellen.
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Für
den Wert von Re wird bevorzugt, einen Wechselstromwiderstand im
Bereich von 2 k bis 100 Hz zu verwenden.
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Für
den Wert von Re + Rc wird bevorzugt, einen Gleichstrompuls-Widerstandswert
in dem Bereich von 0,05 bis 3 s zu verwenden.
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Für
den Wert von Re + Rc + Rd wird bevorzugt, einen Gleichstrompuls-Widerstandswert
in dem Bereich von 5 bis 30 s zu verwenden.
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Folglich
ist eine Temperaturveränderungskonstante, die notwendig
ist zum Erhalten des zelleninternen Widerstands in der Batteriemessvorrichtung 100 der
vorliegenden Ausführungsform, die Temperaturabhängigkeit
des Reaktionswiderstands Rc und des elektrischen Widerstands Re.
Als ein Ergebnis der Diskussion der Veränderung von Rc
und Re, die bewirkt wird durch Zellenverschlechterung und durch
Temperatur durch das Wechselstromimpedanzverfahren, ist die folgende
Beziehung erstellt worden. Ferner wird ein Ergebnis erhalten, so
dass EC und EE sich
in dem Prozess der Zellenverschlechterung nicht verändern. Rc = 1/(A × exp(–EC/RT)) Re = 1/(A × exp(–EE/RT))
+ const.
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Die
Konstanten EC und EE unterscheiden sich
gemäß dem Typ von Batterien. Diese können
erhalten werden durch Verändern der Temperatur der Batteriezelle 1 und
Messen des Reaktionswiderstands Rc und Re durch eine Wechselstromimpedanzmessung
bei etwa fünf bis zehn unterschiedlichen Temperaturen und
Fitten bzw. Anpassen der gemessenen Ergebnisse in dem zuvor erwähnten Relationsausdruck. 4 zeigt
eine Auftragung des gemessenen Re-Werts und des Anpassungsergebnisses,
wodurch die Konstante EE auf dieser Auftragung
erhalten werden kann. Die tatsächliche Messung 1 ist ein
Ergebnis einer Messung, die durchgeführt wird zum Erhalten
der Konstante EE vor dem Zellenverschlechterungstest.
Der gemessene Wert ist ein Wert von Re, der gemessen wird während
des Verschlechterungstests. Ferner kann in 4 beobachtet
werden, dass sich der Wert von Re nicht verändert, selbst
wenn eine Verschlechterung fortschreitet.
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Wenn
folglich ein Reaktionswiderstand und ein elektrischer Widerstand,
die bei einer bestimmten Temperatur T1 gemessen werden, entsprechend Rc1
und Re1 ist, können Widerstandswerte Rc(T) und Re(T) bei
einer beliebigen Temperatur wie folgt ausgedrückt werden. Rc(T) = Rc1 × {exp(–EC/RT1)/exp(–EC/RT)} Re(T) = Re1 × {exp(–EE/RT1)/exp(= EE/RT)}
+ const.
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Ein
Widerstandswert R(T) der Batteriezelle 1 bei einer beliebigen
Temperatur kann wie folgt erhalten werden durch im Voraus Ermitteln
von Rc1, Re1 und Rd bei der bestimmten Temperatur T1 von dem Widerstandsmessergebnis
einer sich in Gebrauch befindlichen Batterie, des 1 kHz-Wechselstromwiderstandswerts,
des 0,1 s-Gleichstromwiderstandswerts und des 10 s-Gleichstromwiderstandswerts
unter Verwendung der Konstanten EC und EE, die für die Batteriezelle 1 spezifisch
sind, durch die oben beschriebenen Mittel, und Verwenden der Werte
der Temperatur T1, Rc1, Re1 und Rd. Ferner wird bevorzugt, in einer
Datenbank 9 im Voraus Daten von Konstanten EC und
EE und dem Diffusionswiderstand Rd zu speichern,
der am meisten eine Temperaturabhängigkeit ignorieren kann,
die im Voraus durch die oberen Mittel bzw. Einrichtungen ermittelt
wurden. R(T) = Re(T) + Rc(T) + Rd
= Re1 × {exp(–EE/RT1)/exp(–EE/RT)}
+ Rc1 × {exp(–EC/RT1)/exp(–EC/RT)} + Rd
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5 zeigt
eine Auftragung eines Ergebnisses von Schätztemperatureigenschaften
des zelleninternen Widerstands durch die obere Gleichung und den
gemessenen Wert. Die Abschätzung bzw. Berechnung 1 und
die tatsächliche Messung 1 geben Anfangswerte an (vor dem
Verschlechterungstest), und die Abschätzung bzw. Berechnung
2 und die tatsächliche Messung 2 geben Werte während
des Verschlechterungstests an (nach dem Verstreichen von 30 Tagen).
Der Schätzwert bzw. Berechnungswert und der gemessene Wert
können hier als angeglichen betrachtet werden.
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Ferner
kann die maximale Ausgangsleistung P(T) der Batteriezelle bei der
Temperatur wie folgt berechnet werden aus dem Wert R(T), der auf
die obere Art und Weise ermittelt wird, wenn eine Leerlaufspannung
als Voc ausgedrückt wird und ein minimaler Wert eines verwendbaren
Spannungsbereichs ausgedrückt wird als Vmin in der Sekundärbatterie. P(T) = Vmin × (Voc – Vmin)/R(T)
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In
dem vorliegenden Batteriesteuerungssystem misst die Temperaturmesseinheit 6 die
Temperatur T der Batteriezelle 1, und die Widerstandsmesseinheit 10 umfasst
einen Wechselstromwiderstandsmessanschluss und einen Gleichstromwiderstandsmessanschluss
und misst den 1 kHz-Wechselstromwiderstandswert, den 0,1 s-Gleichstromwiderstandswert
und den 10 s-Gleichstromwiderstandswert der Batteriezelle 1.
Jeder gemessene Wert wird zu der Abschätzeinheit bzw. Berechnungseinheit 7 gesendet.
Die Abschätzeinheit 7 weist ein Programm auf zum
Simulieren des zelleninternen Widerstands R(T) und der maximalen
Ausgangsleistung P(T) der Batteriezelle 1 durch die oben
erwähnte Gleichung.
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(Alarmbenachrichtigungsprozess)
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6 ist
ein Flussdiagramm, das einen Betrieb einer Inbetriebnahme bzw. eines
Starts des Batteriesteuerungssystems zeigt. Ferner führt
das vorliegende System Fahrzeugen oder Ausrüstungen bzw.
Einrichtungen Leistung zu. Wenn das vorliegende System aktiviert
wird, misst die Temperaturmesseinheit 6 eine Temperatur
T der Batteriezelle 1, und die Strom-/Spannungsmesseinheit 5 misst
den Strom/die Spannung der Batteriezelle 1 (Schritt S1a). Die
Widerstandsmesseinheit 10 misst den 1 kHz-Wechselstromwiderstandswert,
den 0,1 s-Gleichstromwiderstandswert und den 10 s-Gleichstromwiderstandswert
der Batteriezelle 1 (Schritt S2a). Die Abschätzeinheit
bzw. Berechnungseinheit 7 schätzt bzw. berechnet
eine maximale Zellenausgangsleistung P(T) basierend auf jedem oben
gemessenen Wert unter Verwendung der oberen Gleichung (Schritt S3a).
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Die
Alarmbenachrichtigungseinheit 82 bestimmt, ob eine notwendige
Leistung an die Einrichtung ausgegeben werden kann, basierend auf
der geschätzten maximalen Zellenausgangsleistung P(T) (Schritt
S4a). Wenn die Alarmbenachrichtigungseinheit 82 bestimmt,
dass die Batteriezelle 1 die notwendige Leistung bei der
momentanen Temperatur ausgeben kann (Schritt S4a: Ja), aktiviert
die Steuerungseinheit 8 die Einrichtung und startet den Betrieb
(Schritt S6a). Wenn die Alarmbenachrichtigungseinheit 82 bestimmt,
dass die Batteriezelle 1 nicht die notwendige Leistung
bei der aktuellen Temperatur ausgeben kann (Schritt S4a: Nein),
stellt diese einen Alarm dar oder gibt einen Alarm aus (Schritt S5a).
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Es
wird auf die folgende Art und Weise bestimmt, dass die notwendige
Ausgangsleistung nicht erfüllt bzw. nicht erreicht wird.
Das heißt, wenn eine Beziehung, so wie
zur Aktivierung
oder zum Betrieb der Einrichtung notwendige Leistung > maximale Ausgangsleistung
P(T) der Batterie bei der aktuellen Temperatur
eingerichtet
ist für die aktuelle maximale Ausgangsleistung P(T) der
Zelle bei der Temperatur T, wird bestimmt, dass die Batteriezelle 1 nicht
in der Lage ist, die notwendige Ausgangsleistung zu erbringen. Durch
Speichern von ”Notwendige Leistung zum Aktivieren oder
Betreiben der Einrichtung” in der Datenbank 9 im
Voraus, kann darauf bei Bedarf beliebig zugegriffen werden, so wie
in dem Fall des Durchführens des oberen Bestimmungsprozesses.
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Die
obere Alarmbenachrichtigung verhindert, dass eine große
Energiemenge nutzlos konsumiert wird aufgrund eines Fehlschlagens
bei der Aktivierung und ermöglicht es, dass die in der
Batteriezelle gespeicherte Energie effektiv verwendet wird zum Ermöglichen
einer Aktivierung ohne Fehlschlagen.
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(Aufwärmprozess)
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Ferner
wird in dem Fall, in dem nicht genug Ausgangsleistung zur Aktivierung
vorhanden ist, eine Aufwärmfunktion der Batteriezelle bis
hin zu einer Antriebstemperatur ausgeführt, die es ermöglicht, dass
das Fahrzeug oder die Einrichtung aktiviert wird.
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7 ist
ein Flussdiagramm, das die Aufwärmoperation bzw. den Aufwärmbetrieb
beim Starten des Batteriesteuerungssystems zeigt. Da die Schritte
S1b bis S4b die gleichen Prozesse wie diese der Schritte S1a bis
s4a von 6 sind, werden Erklärungen über
diese hier weggelassen.
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Wenn
das vorliegende System aktiviert wird, misst die Temperaturmesseinheit 6 die
Temperatur T der Batteriezelle 1, und die Strom-/Spannungsmesseinheit 5 misst
den Strom/die Spannung der Batteriezelle 1 (Schritt S1b).
Die Widerstandsmesseinheit 10 misst den 1 kHz-Wechselstromwiderstandswert,
den 0,1 s-Gleichstromwiderstandswert und den 10 s-Gleichstromwiderstandswert
der Batteriezelle 1 (Schritt S2b). Die Abschätzeinheit
bzw. Berechnungseinheit 7 schätzt bzw. berechnet
eine maximale Zellenausgangsleistung P(T) basierend auf jedem Wert,
der oben gemessen wurde unter der Verwendung der oberen Gleichung
(Schritt S3b). Die Temperatursteuerungseinheit 81 bestimmt,
ob die notwendige Leistung an die Einrichtung ausgegeben werden kann
basierend auf der geschätzten bzw. berechneten maximalen
Zellenausgangsleistung P(T) (Schritt S4b).
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Wenn
die Temperatursteuerungseinheit 81 bestimmt, dass die Batteriezelle 1 nicht
die notwendige Ausgangsleistung bei der momentanen Temperatur ausgeben
kann (Schritt S4b: Nein), berechnet diese eine Zieltemperatur, bei
der die notwendige Leistung ausgegeben werden könnte basierend
auf jedem oben gemessenen Wert unter Verwendung der oberen Gleichung
(Schritt S5b). Die Temperatursteuerungseinheit 81 gibt
Instruktionen zu der Temperatureinstellungsvorrichtung 3 aus,
die die Batteriezelle 1 aufwärmt, bis diese die
Zieltemperatur erreicht (Schritt S6b). Wenn die Temperatursteuerungseinheit 81 bestimmt,
dass die Temperatur der Batteriezelle 1 die Zieltemperatur
erreicht hat, und dass die Standardleistung ausgegeben werden kann
(Schritt S4b: Ja), aktiviert die Steuerungseinheit 8 die
Einrichtung und startet den Betrieb (Schritt S7b). Ferner kann das
Batteriesteuerungssystem die Prozesse der Schritte S1b bis 6b von 7 durchführen,
die während des Betriebs wiederholt werden.
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Da
die oberen Prozesse automatisch ein Fahrzeug oder eine Einrichtung
auf eine Betriebstemperatur erwärmen, die eine Aktivierung
ermöglicht, ist es möglich, eine Aktivierung zu
gewährleisten, ohne einen Fehler der Inbetriebnahme bzw.
des Starts zu bewirken.
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(Verschlechterungsbestimmungsprozess)
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8 ist
ein Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Verschlechterungsbestimmungsprozesses
des Batteriesteuerungssystems zeigt. Die Temperaturmesseinheit 6 misst
die Temperatur der Batteriezelle 1 und die Strom-/Spannungsmesseinheit 6 misst
den Strom/die Spannung der Batteriezelle 1 (Schritt S1c).
Die Widerstandsmesseinheit 10 misst den 1 kHz-Wechselstromwiderstandswert
und den 0,1 s-Gleichstromwiderstandswert der Batteriezelle 1 (Schritt
S2c). Die Abschätzeinheit bzw. Berechnungseinheit 7 schätzt
bzw. berechnet einen Reaktionswiderstand Rc basierend auf jedem
oberen Wert unter Verwendung der oberen Gleichung (Schritt S3c).
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Da
es so ist, dass, in dem Ladezustand (SOC) der Batterie zwischen
0 bis 100%, die Batterie nicht entladen werden kann, wenn die Ladung
in etwa 0% beträgt, und die Batterie nicht geladen werden
kann, wenn die Ladung im Bereich von 100% ist, weisen die Bereiche
um eine Ladung von 0% und 100% große Widerstände
auf. Daher kann in solchen Bereichen eine notwendige Ausgangsleistung
nicht erreicht werden. Da sich diese Bereiche ausdehnen, wenn sich
die Batterie verschlechtert, kann es in einigen Fällen
notwendig sein, den Bereich von verwendbarem SOC für die
Batteriesteuerung zu bestätigen, wie das die notwendige
Ausgangsleistung erreicht werden kann, wenn sich der SOC zwischen
20 bis 80% befindet. Daher kann der folgende Betrieb bzw. die folgende
Operation durchgeführt werden.
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In
dem Fall, in dem die Verschlechterungsbestimmungseinheit 83 weitere
SOC-Daten ermitteln muss (Schritt S4c: Ja), wiederholt diese die
Prozesse von Schritt S1c, nachdem der SOC übertragen wurde (Schritt
S5c). Da sich der Wert des Reaktionswiderstands Rc aufgrund des
SOC ändert, wird eine Messung durchgeführt durch Ändern
des SOC, beispielsweise in der Reihenfolge von 20%, 40%, 60% und 80%.
In dem Fall, in dem es nicht notwendig ist, die SOC-Daten zu ermitteln,
oder wenn eine Akquirierung der SOC-Daten beendet wurde (Schritt
S4c: Nein), bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 83 den
Grad der Verschlechterung basierend auf dem geschätzten
bzw. berechneten Wert des oberen Reaktionswiderstands Rc (Schritt
S6c). Wie in der oberen 3 gezeigt, neigt der Reaktionswiderstand
Rc dazu, sich bei Verschlechterung zu erhöhen. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 83 kann
das Lebensende (EOL%) für die Batteriezelle 1 aus
dem Verhältnis von beispielsweise dem Reaktionswiderstand
Rc, der oben geschätzt bzw. berechnet wurde, und dem Rc-Wert,
der als eine Lebensdauer der Batteriezelle 1 eingestellt
ist, ermitteln. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 83 stellt
den Bereich des verwendbaren SOC basierend auf dem Verschlechterungsergebnis
dar, stellt den verwendbaren Temperaturbereich dar, oder stellt
den Grad der Verschlechterung gegen EOL% etc. dar (Schritt S7c).
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Wie
oben erwähnt, misst die Batteriemessvorrichtung der oberen
Ausführungsform einen 1 kHz-Wechselstromwiderstandswert,
einen 0,1 s-Gleichstromwiderstandswert und einen 10 s-Gleichstromwiderstandswert,
die einfach gemessen werden können, und schätzt
bzw. berechnet den zelleninternen Widerstand und die maximale Ausgangsleistung
bei einer beliebigen Temperatur unter Verwendung dieser gemessenen
Werte. Auf diese Art und Weise kann beispielsweise die Leistungsfähigkeit
der Sekundärbatterie bei einer niedrigen Temperatur einfach
ermittelt werden, wodurch ermöglicht wird, genau vorherzusagen,
ob die Sekundärbatterie bei kalten Bedingungen verwendbar
wäre.
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Ferner
meldet das obere Batteriesteuerungssystem einen Alarm in dem Fall,
in dem es nicht die notwendigen Ausgangsleistungen des Fahrzeugs und
der Einrichtung erbringen kann, basierend auf dem Schätzergebnis
bzw. Berechnungsergebnis, und führt eine Funktion aus zum
Aufwärmen der Batteriezelle auf eine Betriebstemperatur,
bei der das Fahrzeug oder die Einrichtung aktiviert werden kann. Ferner
kann der Verschlechterungszustand der Batteriezelle mit hoher Genauigkeit
geschätzte bzw. berechnet werden, damit die Lebensdauer
adäquat diagnostiziert werden kann. Dies ermöglicht
einen stabilen Betrieb von Fahrzeugen oder Einrichtungen, die mit
Energie bzw. Leistung betrieben werden, die von einer Sekundärbatterie
zugeführt wird.
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Weitere
Vorteile und Modifizierungen sind für den Fachmann leicht
ersichtlich. Daher ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten
nicht auf die spezifischen Details und die entsprechenden Ausführungsformen
beschränkt, die hier dargelegt und beschrieben sind. Folglich
können verschiedene Modifizierungen durchgeführt
werden, ohne sich von dem Geist und dem Schutzbereich des allgemeinen
erfinderischen Konzepts zu entfernen, wie dieser durch die angefügten
Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2000-133322
A [0004]
- - JP 2001-119862 A [0004]
- - JP 2004-264076 A [0004]