DE112022001778T5

DE112022001778T5 - Schätzvorrichtung, Energiespeichers, ein Energiespeichermodul, ein Schätzverfahren und ein Computerprogramm

Info

Publication number: DE112022001778T5
Application number: DE112022001778.3T
Authority: DE
Inventors: Shinnosuke Ichikawa; Shinya Miyazono; Akihito Tanoi; Heisuke Nishikawa; Nobuhiro Nakajima; Takashi Shimizu
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2022-03-09
Publication date: 2024-02-15
Also published as: US20240168099A1; CN117099244A; WO2022202318A1; JPWO2022202318A1

Abstract

Eine Schätzvorrichtung ist eine Vorrichtung, die einen Ladezustand einer Energiespeichervorrichtung schätzt, die eine negative Elektrode mit einem negativen aktiven Material aufweist, das Si enthält. Die Schätzvorrichtung enthält eine Steuereinheit, die auf der Grundlage einer Lade-Entlade-Historie der Energiespeichervorrichtung bestimmt, ob ein erstes Schätzverfahren zur Schätzung eines Ladezustands der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung einer Beziehung zwischen dem Ladezustand und einer Spannung der Energiespeichervorrichtung durchgeführt werden soll oder nicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schätzvorrichtung zur Schätzung des Ladezustands einer Energiespeichervorrichtung, ein Energiespeichermodul, ein Schätzverfahren und ein Computerprogramm.
Stand der Technik
Eine Energiespeichervorrichtung wie eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, die elektrische Energie speichern und bei Bedarf als Stromquelle zur Verfügung stellen kann, ist bereits im Einsatz. Die Energiespeichervorrichtung wird in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, z. B. in tragbaren Geräten, Stromversorgungsgeräten, Transportmitteln, einschließlich Autos und Eisenbahnen, und Geräten für den industriellen Einsatz, z. B. in der Luft- und Raumfahrtindustrie und im Baugewerbe.
Eine Energiespeichervorrichtung muss je nach Anwendung eine hohe Kapazität haben. Aus diesem Grund wurde eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie vorgeschlagen, bei der als negatives aktives Material ein Material auf Si-Basis verwendet wird, das eine viel größere theoretische Kapazität hat als ein Kohlenstoffmaterial wie Graphit, das im Allgemeinen verwendet wird (siehe z. B. Patentliteratur 1).
Bei der Verwendung einer Energiespeichervorrichtung ist es wichtig, den Ladezustand der Energiespeichervorrichtung genau abzuschätzen. Als Verfahren zur Schätzung des Ladezustands einer Energiespeichervorrichtung ist eine OCV-Methode (Bezugnahme auf eine Spannung) bekannt, die den Ladezustand auf der Grundlage der Korrelation (SOC-OCV-Kurve) zwischen einem Zustand der Ladung (SOC) und einer Leerlaufspannung (OCV) der Energiespeichervorrichtung bestimmt, wobei der SOC und die OCV einander auf einer Einszu-Eins-Basis entsprechen.
Dokumente zum Stand der Technik
Patentschrift
Patentdokument 1: JP-A-2015-57767
Zusammenfassung der Erfindung
Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
Bei einer Energiespeichervorrichtung, bei der ein negatives aktives Material ein Material auf Si-Basis enthält, ergibt sich im Gegensatz zu einer Energiespeichervorrichtung, bei der ein negatives aktives Material ein allgemein verwendetes Material auf Kohlenstoffbasis enthält, das Problem, dass die Genauigkeit der Schätzung des Ladezustands der Energiespeichervorrichtung abnimmt, wenn die gleiche Technik wie bei der Energiespeichervorrichtung verwendet wird, bei der das negative aktive Material ein Material auf Kohlenstoffbasis enthält.
Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Schätzvorrichtung und dergleichen bereitzustellen, die die Schätzgenauigkeit eines Ladezustands in einer Energiespeichervorrichtung verbessern kann, die eine negative Elektrode mit einem negativen aktiven Material enthält, das Si enthält.
Mittel zur Lösung der Probleme
Eine Schätzvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung schätzt einen Ladezustand einer Energiespeichervorrichtung mit einer negativen Elektrode, die ein negatives aktives Material enthält, das Si enthält. Die Schätzvorrichtung enthält eine Steuereinheit, die auf der Grundlage einer Lade-Entlade-Historie der Energiespeichervorrichtung bestimmt, ob ein erstes Schätzverfahren zum Schätzen eines Ladezustands der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung einer Beziehung zwischen dem Ladezustand und einer Spannung der Energiespeichervorrichtung durchgeführt werden soll oder nicht.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Schätzgenauigkeit eines Ladezustands in einer Energiespeichervorrichtung zu verbessern, die eine negative Elektrode mit einem negativen aktiven Material enthält, das Si enthält.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Energiespeicherapparats zeigt, auf dem eine Schätzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform montiert ist.
2 ist ein Blockdiagramm der Schätzvorrichtung.
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Anzahl der Zyklen und dem Kapazitätserhaltungsverhältnis in einer Si-Gr-Mischbatterie für jeden Spannungsbereich darstellt.
4 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen Entladekapazität und Spannung in einer Si-Gr-Mischbatterie für jeden Zyklus zeigt.
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Anzahl der Zyklen und dem Kapazitätserhaltungsverhältnis in einer Si-basierten Batterie für jeden Spannungsbereich darstellt.
6 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen Entladekapazität und Spannung in einer Si-basierten Batterie für jeden Zyklus zeigt.
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Anzahl der Zyklen und dem Kapazitätserhaltungsverhältnis an einer einzelnen positiven Elektrode und einer einzelnen negativen Elektrode zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für Schritte der Schätzungsverarbeitung zeigt.
9 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen Entladekapazität und Spannung vor der Tiefentladung und nach der Tiefentladung in einer Si-basierten Batterie zeigt.

Ausführungsform der Erfindung
Eine Schätzvorrichtung schätzt einen Ladezustand einer Energiespeichervorrichtung mit einer negativen Elektrode, die ein negatives aktives Material aufweist, das Si enthält. Die Schätzvorrichtung enthält eine Steuereinheit, die auf der Grundlage einer Lade-Entlade-Historie der Energiespeichervorrichtung bestimmt, ob ein erstes Schätzverfahren zur Schätzung eines Ladezustands der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung einer Beziehung zwischen dem Ladezustand und einer Spannung der Energiespeichervorrichtung durchgeführt werden soll oder nicht.
Eine Steuereinheit der Schätzvorrichtung bestimmt auf der Grundlage der Lade-Entlade-Historie der Energiespeichervorrichtung, ob das erste Schätzverfahren durchgeführt werden soll oder nicht. Das erste Schätzverfahren kann ein Verfahren zum Schätzen eines Ladezustands der Energiespeichervorrichtung auf der Grundlage einer Spannung der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung der Beziehung (SOC-OCV-Kurve) zwischen einem Zustand der Ladung (SOC) und einer Leerlaufspannung (OCV) der Energiespeichervorrichtung sein.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass in einer Energiespeichervorrichtung, die eine negative Elektrode mit einem negativen aktiven Material enthält, das Si enthält, in einem Fall, in dem die Energiespeichervorrichtung unter einer bestimmten Bedingung (z. B. einem bestimmten Spannungsbereich) geladen oder entladen wird, eine vorübergehende Potenzialänderung in der negativen Elektrode erzeugt wird. Die vorübergehende Potenzialänderung ist ein Phänomen, bei dem eine Lade-Entlade-Charakteristik der Energiespeichervorrichtung durch das Durchführen einer Ladung oder Entladung unter einer bestimmten Bedingung geändert wird, und eine Kapazität (Kapazitätserhaltungsverhältnis) der Energiespeichervorrichtung wird aufgrund einer solchen Änderung der Lade-Entlade-Charakteristik der Energiespeichervorrichtung vorübergehend verringert.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass, selbst wenn die Spannungen der Energiespeichervorrichtungen gleich sind, die Möglichkeit besteht, dass ein der Spannung entsprechender Ladezustand zwischen den Energiespeichervorrichtungen unterschiedlich ist, wenn die bisherigen Lade-Entlade-Historien der Energiespeichervorrichtung unterschiedlich sind. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass, wenn sich ein Spannungsbereich beim Laden oder Entladen zwischen den Energiespeichervorrichtungen unterscheidet, die Möglichkeit besteht, dass sich auch ein Ladezustand zwischen den Energiespeichervorrichtungen unterscheidet. Das heißt, die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass es bei der Abschätzung eines Ladezustands der Energiespeichervorrichtung notwendig ist, Informationen über einen von einer Energiespeichervorrichtung verwendeten Pfad der Spannung (Spannungsbereich) zu berücksichtigen. Nach der Untersuchung der Erfinder der vorliegenden Erfindung wird eine vorübergehende Potenzialänderung durch eine Tiefentladung eliminiert.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration bestimmt die Steuereinheit, ob das erste Schätzverfahren auf der Grundlage einer Lade-Entlade-Historie durchgeführt werden soll oder nicht, d. h. unter Berücksichtigung des Spannungsbereichs, wodurch die Schätzgenauigkeit verbessert wird.
In der Schätzvorrichtung kann die Steuereinheit bestimmen, ob das erste Schätzverfahren in Übereinstimmung mit einem Ergebnis der Schätzung bezüglich einer vorübergehenden Potenzialänderung der negativen Elektrode durchgeführt werden soll oder nicht.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration bestimmt die Steuereinheit, ob das erste Schätzverfahren in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Schätzung bezüglich der vorübergehenden Potenzialänderung der negativen Elektrode in der Energiespeichervorrichtung durchgeführt werden soll oder nicht. Wie oben beschrieben, besteht die Möglichkeit, dass der Ladezustand, der der Spannung entspricht, abweicht, wenn die vorübergehende Potenzialänderung der negativen Elektrode erzeugt wird. Durch die Einbeziehung des Ergebnisses der Schätzung in Bezug auf die vorübergehende Potenzialänderung der negativen Elektrode als Faktor zur Bestimmung, ob das erste Schätzverfahren durchgeführt werden soll oder nicht, wird der Zeitpunkt, zu dem das erste Schätzverfahren durchgeführt wird, angemessen bestimmt, und somit wird die Abnahme der Schätzgenauigkeit durch das erste Schätzverfahren unterdrückt.
In der Schätzvorrichtung kann die Steuereinheit bestimmen, das erste Schätzverfahren in einem Fall durchzuführen, in dem die Spannung der Energiespeichervorrichtung innerhalb eines Bereichs eines Spannungsschwellenwerts liegt, in dem eine vorübergehende Potenzialänderung der negativen Elektrode, die dem Si-Gehalt des negativen aktiven Materials entspricht, nicht erzeugt wird.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration bestimmt die Steuereinheit, ob die Spannung innerhalb eines Spannungsbereichs liegt, in dem eine vorübergehende Potenzialänderung der negativen Elektrode nicht erzeugt wird, basierend auf der Lade-Entlade-Historie und der Zusammensetzung der negativen Elektrode, und führt das erste Schätzverfahren in einem Fall durch, in dem die Spannung innerhalb des Spannungsbereichs liegt, in dem die vorübergehende Potenzialänderung nicht erzeugt wird. In einem Fall, in dem die Spannung innerhalb eines Spannungsbereichs liegt, in dem eine vorübergehende Potenzialänderung erzeugt wird, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Ladezustand nicht eindeutig auf der Grundlage der Spannung bestimmt wird. Indem das erste Schätzverfahren nur in dem Spannungsbereich durchgeführt wird, in dem keine vorübergehende Potenzialänderung auftritt, kann die Abnahme der Schätzungsgenauigkeit unterdrückt werden.
In der Schätzvorrichtung kann die Steuereinheit bestimmen, das erste Schätzverfahren in einem Fall durchzuführen, in dem eine Entladung, die einen Tiefentladeschwellenwert überschreitet, die dem Si-Gehalt des negativen aktiven Materials entspricht, in der oben beschriebenen Energiespeichervorrichtung durchgeführt wird.
In der vorliegenden Spezifikation ist der Tiefentladeschwellenwert ein im Voraus festgelegter Spannungswert, der dem Si-Gehalt im negativen aktiven Material der Energiespeichervorrichtung entspricht, und bedeutet einen Spannungswert, der geringfügig höher ist als der niedrigste Spannungswert in einem entladbaren Spannungsbereich (z. B. eine Entladeschlussspannung).
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration führt die Steuereinheit das erste Schätzverfahren in einem Fall durch, in dem die Entladung, die den Tiefentladeschwellenwert überschreitet, in der Energiespeichervorrichtung durchgeführt wird. Durch die Durchführung einer Entladung, die den Tiefentladeschwellenwert überschreitet (Tiefentladung), wird die vorübergehende Potenzialänderung beseitigt. In einem Fall, in dem die Spannung der Energiespeichervorrichtung gleich oder niedriger als der Tiefentladeschwellenwert ist, kann ein Ladezustand durch Ausführen des ersten Schätzverfahrens genau geschätzt werden.
In der Schätzvorrichtung kann ein Ladezustands-Spannungs-Profil, das eine Beziehung zwischen einem Ladezustand und einer Spannung der Energiespeichervorrichtung anzeigt, Folgendes umfassen: eine erste Region, in der sich die Form des Ladezustands-Spannungs-Profils aufgrund einer vorübergehenden Potenzialänderung der negativen Elektrode ändert, und eine zweite Region, in der sich die Form des Ladezustands-Spannungs-Profils nicht ändert, und die Steuereinheit kann den Ladezustand unter Verwendung des Ladezustands-Spannungs-Profils in der zweiten Region schätzen.
Das Ladezustands-Spannungs-Profil, das die Beziehung zwischen dem Ladezustand und der Spannung der Energiespeichervorrichtung angibt, umfasst: die erste Region, in dem sich die Form des Ladezustands-Spannungs-Profils aufgrund einer vorübergehenden Potenzialänderung der negativen Elektrode ändert; und die zweiten Region, in dem sich die Form des Ladezustands-Spannungs-Profils nicht ändert. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration verwendet die Steuereinheit das Ladezustands-Spannungs-Profil in der zweiten Region, in dem sich die Form des Ladezustands-Spannungs-Profils nicht ändert, d.h. das Ladezustands-Spannungs-Profil wird nicht durch die vorübergehende Potenzialänderung beeinflusst, und daher ist die Genauigkeit der Schätzung durch das erste Schätzverfahren gut.
In der Schätzvorrichtung kann die Steuereinheit in einem Fall, in dem die Steuereinheit beschließt, das erste Schätzverfahren nicht durchzuführen, ein zweites Schätzverfahren zur Schätzung des Ladezustands der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung eines integrierten Werts eines in die Energiespeichervorrichtung fließenden und/oder aus der Energiespeichervorrichtung fließenden Stroms durchführen.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration führt die Steuereinheit in einem Fall, in dem das erste Schätzverfahren nicht durchgeführt wird, d. h. in einem Fall, in dem geschätzt wird, dass die vorübergehende Potenzialänderung der negativen Elektrode erzeugt wird, das zweite Schätzverfahren zur Schätzung des Ladezustands der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung eines integrierten Werts des in die Energiespeichervorrichtung fließenden und/oder aus der Energiespeichervorrichtung fließenden Stroms durch. Bei dem zweiten Schätzverfahren handelt es sich um ein Schätzverfahren, das nicht durch das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer vorübergehenden Potenzialänderung der negativen Elektrode beeinflusst wird. Die Steuereinheit verbessert die Schätzgenauigkeit des Ladezustands, indem sie das erste Schätzverfahren und das zweite Schätzverfahren in Abhängigkeit vom Zustand der vorübergehenden Potenzialänderung der negativen Elektrode in geeigneter Weise selektiv durchführt.
Ein Energiespeichermodul umfasst Energiespeichervorrichtungen und die oben beschriebene Schätzvorrichtung.
Das Schätzverfahren ist ein Verfahren zum Schätzen eines Ladezustands einer Energiespeichervorrichtung, die eine negative Elektrode mit einem negativen aktiven Material enthält, das Si enthält. Das Schätzverfahren umfasst die Bestimmung auf der Grundlage der Lade-Entlade-Historie der Energiespeichervorrichtung, ob das erste Schätzverfahren zur Schätzung eines Ladezustands der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung der Beziehung zwischen dem Ladezustand und der Spannung der Energiespeichervorrichtung durchgeführt werden soll oder nicht.
Ein Computerprogramm veranlasst einen Computer, der einen Ladezustand einer Energiespeichervorrichtung schätzt, die eine negative Elektrode mit einem negativen aktiven Material enthält, das Si enthält, eine Verarbeitung durchzuführen, um auf der Grundlage einer Lade-Entlade-Historie der Energiespeichervorrichtung zu bestimmen, ob ein erstes Schätzverfahren zum Schätzen des Ladezustands der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung einer Beziehung zwischen dem Ladezustand und einer Spannung der Energiespeichervorrichtung durchgeführt werden soll oder nicht.
Nachfolgend wird die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen, näher beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Energiespeicherapparats 100 zeigt, auf der eine Schätzvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform montiert ist. Der Energiespeicherapparat 100 umfasst die Schätzvorrichtung 1, eine Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen 2 und einen Halter 3, der die Schätzvorrichtung 1 und die Energiespeichervorrichtung 2 aufnimmt oder hält.
Die Schätzvorrichtung 1 ist eine Leiterplatte in Form einer flachen Platte, die den Ladezustand der Energiespeichervorrichtungen 2 schätzt. Die Schätzvorrichtung 1 ist auf den Oberseiten der mehreren Energiespeichervorrichtungen 2 angeordnet. Die Schätzvorrichtung 1 ist mit der Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen 2 verbunden, erfasst Messdaten, einschließlich Spannungen und Ströme der Energiespeichervorrichtungen 2, und schätzt die Ladezustände der jeweiligen Energiespeichervorrichtung 2 auf der Grundlage der erfassten Messdaten.
Im Folgenden werden die SOCs der Energiespeichervorrichtungen als Ladezustände geschätzt. Alternativ kann auch eine entladbare Strommenge als Ladezustand geschätzt werden.
In 1 ist die Schätzvorrichtung 1 in der Nähe der Oberseiten der Energiespeichervorrichtung 2 angeordnet. Alternativ kann die Schätzvorrichtung 1 auch in der Nähe von Seitenflächen, Unterseiten oder dergleichen der Energiespeichervorrichtung 2 angeordnet sein. Die Schätzvorrichtung 1 kann außerhalb des Halters 3 angeordnet sein. Die Form der Schätzvorrichtung 1 ist nicht auf die Form einer flachen Platte beschränkt. Die Schätzvorrichtung 1 kann Folgendes umfassen: eine Zellüberwachungseinheit (CMU) und eine Batterieverwaltungseinheit (BMU), die mit der CMU kommunizieren kann. Die Schätzvorrichtung 1 kann zusätzlich zur CMU und/oder BMU eine Servervorrichtung und eine elektronische Steuereinheit (ECU) enthalten, die an einem von den Energiespeichervorrichtungen 2 entfernten Ort angeordnet sind und mit der CMU oder der BMU kommunizieren können. Der Ort, an dem die Schätzung eines Ladezustands der Energiespeichervorrichtungen 2 erfolgt, ist nicht beschränkt, und die Schätzung kann beispielsweise von der BMU oder von der Servereinrichtung oder der ECU durchgeführt werden.
Der Energiespeichervorrichtung 2 ist eine Batteriezelle, z. B. eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie. Die Energiespeichervorrichtungen 2 sind in einem Zustand einer zusammengebauten Batterie, in dem eine Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen 2 elektrisch miteinander verbunden sind, für eine Stromquelle für ein Kraftfahrzeug wie ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) oder ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV), eine Stromquelle für ein industrielles Gerät wie ein Flugzeug, ein Weltraumgerät oder ein unbemanntes Tauchinstrument, eine Stromquelle für ein elektronisches Gerät, eine Stromquelle für die Energiespeicherung und dergleichen geeignet.
1 zeigt ein einzelnes Batteriemodul, das den Energiespeicherapparat 100 bildet. Alternativ kann der Energiespeicherapparat 100 eine so genannte Hochspannungsstromquelle sein, wie z. B. ein Energiespeicherpaket oder eine Energiespeicheranlage, die eine Vielzahl von Energiespeichermodulen umfasst.
Die Energiespeichervorrichtung 2 umfasst: ein Gehäuse 21, das die Form eines hohlen rechteckigen Parallelepipeds hat; und ein Paar Elektrodenanschlüsse 22, 22 mit unterschiedlichen Polen, die an einer Seitenfläche (einer Anschlussfläche) des Gehäuses 21 angebracht sind. Die nebeneinander angeordneten Elektrodenanschlüsse 22 der nebeneinander angeordneten Energiespeichervorrichtungen 2 sind mit in der Zeichnung nicht dargestellten Stromschienen oder dergleichen verbunden, und die Energiespeichervorrichtungen 2 sind in Reihe geschaltet. In dem Gehäuse 21 sind eine Elektrodenanordnung, die durch Stapeln einer positiven Elektrode, eines Separators und einer negativen Elektrode gebildet wird, und ein Elektrolyt (Elektrolytlösung) versiegelt.
Die Elektrodenbaugruppe wird gebildet, indem die positive Elektrode in Form eines Blattes und die negative Elektrode in Form eines Blattes durch zwei blattförmige Separatoren überlappt und diese Komponenten gewickelt werden (vertikale oder seitliche Wicklung). Der Separator wird aus einem porösen Harzfilm gebildet. Als poröser Harzfilm kann ein poröser Harzfilm aus einem Harz wie Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) oder ähnlichem verwendet werden.
Die positive Elektrode ist eine Elektrodenplatte, bei der eine positive aktive Materialschicht auf einer Oberfläche eines positiven Elektrodensubstrats in Form eines länglichen Streifens gebildet wird, der z. B. aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder ähnlichem besteht. Die positive aktive Materialschicht enthält ein positives aktives Material. Als positives aktives Material, das in der positiven aktiven Materialschicht verwendet wird, kann jedes geeignete bekannte Material verwendet werden, vorausgesetzt, dass das positive aktive Material Lithiumionen einschließen und freisetzen kann. Als Beispiele für das positive aktive Material werden Übergangsmetalloxide, Übergangsmetallsulfide, Lithium-Übergangsmetall-Verbundoxide, lithiumhaltige Polyanion-Metall-Verbundverbindungen und dergleichen genannt. Die positive Aktivmaterialschicht kann ferner ein leitungsförderndes Mittel, ein Bindemittel und dergleichen enthalten.
Die negative Elektrode ist eine Elektrodenplatte, bei der eine Schicht aus negativem aktivem Material auf einer Oberfläche eines negativen Elektrodensubstrats in Form eines länglichen Streifens gebildet wird, der z. B. aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder ähnlichem hergestellt ist. Die negative aktive Materialschicht enthält ein negatives aktives Material. Das negative aktive Material enthält ein Material auf Silizium (Si) -Basis. Als Material auf Si-Basis werden z. B. ein Si-Einkörper SiOx, eine Si-Legierung und dergleichen genannt. Unter diesen Materialien ist SiOx vorzuziehen. Das negative aktive Material kann nur aus einem Material auf Si-Basis oder aus einem Mischmaterial aus einem Material auf Si-Basis und anderen Materialien, die Lithiumionen einschließen und freisetzen können, bestehen. Als andere negative aktive Materialien, die mit einem Material auf Si-Basis gemischt werden, werden zum Beispiel Materialien auf Kohlenstoffbasis wie Graphit, Hartkohle, Weichkohle und dergleichen genannt. Die Schicht aus negativem aktivem Material kann außerdem ein Bindemittel, ein Verdickungsmittel und dergleichen enthalten.
Als Elektrolyt, der in dem Gehäuse 21 eingeschlossen ist, kann ein Elektrolyt verwendet werden, der im Wesentlichen dem Elektrolyt entspricht, der in einer herkömmlichen Lithiumlonen-Sekundärbatterie verwendet wird. Als Elektrolyt kann zum Beispiel ein Elektrolyt verwendet werden, der ein Trägersalz in einem organischen Lösungsmittel enthält. Als organisches Lösungsmittel kann zum Beispiel ein Nicht-Protonen-Lösungsmittel wie eine Carbonatgruppe, eine Estergruppe, eine Ethergruppe oder ähnliches verwendet werden. Als Trägersalz kann z.B. ein Lithiumsalz wie LiPF₆, LiBF₄, LiClO4 bevorzugt werden. Der Elektrolyt kann z.B. verschiedene Zusätze wie ein Gaserzeugungsmittel, ein Filmbildungsmittel, ein Dispersionsmittel und ein Verdickungsmittel enthalten.
In 1 ist als Beispiel für die Energiespeichervorrichtung 2 die eckige Lithium-Ionen-Sekundärbatterie beschrieben, die eine gewundene Elektrodenanordnung enthält. Alternativ kann die Energiespeichervorrichtung 2 auch eine zylindrische Lithium-Ionen-Batterie sein. Die Energiespeichervorrichtung 2 kann eine Lithium-Ionen-Batterie sein, die eine gestapelte Elektrodenanordnung enthält, oder sie kann eine Lithium-Ionen-Batterie vom Laminat-Typ (ein Beuteltyp) oder ähnliches sein. Außerdem kann die Energiespeichervorrichtung 2 ein ganzer fester Lithium-Ionen-Akku sein, der einen festen Elektrolyten verwendet.
2 ist ein Blockdiagramm der Schätzvorrichtung 1. Die Schätzvorrichtung 1 umfasst eine Steuereinheit 10, eine Speichereinheit 11, eine Eingabeeinheit 12 und eine Ausgabeeinheit 13.
Die Steuereinheit 10 ist eine arithmetische Operationsschaltung, die eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Festwertspeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und dergleichen umfasst. Die CPU, die die Steuereinheit 10 enthält, führt verschiedene Computerprogramme aus, die im ROM und in der Speichereinheit 11 gespeichert sind, und sorgt dafür, dass die gesamte Vorrichtung als die Schätzvorrichtung der vorliegenden Offenbarung funktioniert, indem sie die Vorgänge der jeweiligen oben beschriebenen Hardware steuert. Die Steuereinheit 10 kann folgende Funktionen enthalten: einen Timer, der die verstrichene Zeit von einem Zeitpunkt, an dem ein Messungsstartbefehl gegeben wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem ein Messungsendbefehl gegeben wird, zählt; einen Zähler, der die Anzahl zählt, eine Uhr, die Informationen über Datum und Uhrzeit ausgibt, und dergleichen.
Bei der Speichereinheit 11 handelt es sich um eine Speichervorrichtung wie z. B. einen Flash-Speicher. Verschiedene Computerprogramme und Daten sind in der Speichereinheit 11 gespeichert. Die Speichereinheit 11 speichert ein Schätzprogramm 111 zum Schätzen von Zuständen der Energiespeichervorrichtungen 2, Lade-Entlade-Historiendaten 112, Schätzdaten 113, Spannungsbereichsdaten 114 und dergleichen.
Das Schätzprogramm 111 wird von einem nicht-übertragbaren Aufzeichnungsmedium 1A bereitgestellt, auf dem das Computerprogramm beispielsweise in lesbarer Form gespeichert ist. Bei dem Aufzeichnungsmedium 1A handelt es sich um einen tragbaren Speicher wie eine CD-ROM, einen USB-Speicher, eine Secure Digital (SD)-Karte oder ähnliches. Die Steuereinheit 10 liest ein gewünschtes Computerprogramm von dem Aufzeichnungsmedium 1A mit Hilfe einer in der Zeichnung nicht dargestellten Lesevorrichtung und veranlasst die Speichereinheit 11, das gelesene Computerprogramm zu speichern. Alternativ kann das oben beschriebene Computerprogramm auch durch Kommunikation bereitgestellt werden.
Die Lade-Entlade-Historiendaten 112, die Schätzdaten 113 und die Spannungsbereichsdaten 114 speichern Informationen, die bei der Schätzung der SOC-Werte der Energiespeichervorrichtungen 2 verwendet werden. Obwohl später im Detail beschrieben, führt die Steuereinheit 10 bei der Schätzung des SOC selektiv entweder ein erstes Schätzverfahren durch, das ein Ladezustands-Spannungs-Profil (SOC-OCV-Kurve) verwendet, das die Beziehung zwischen einem Ladezustand und einer Spannung der Energiespeichervorrichtung 2 angibt, oder ein zweites Schätzverfahren, das einen integrierten Wert eines Lade-Entladestroms der Energiespeichervorrichtung 2 verwendet. Die Steuereinheit 10 entscheidet anhand der Lade-Entlade-Historie der Energiespeichervorrichtung 2, welches Schätzverfahren aus dem ersten Schätzverfahren und dem zweiten Schätzverfahren durchgeführt werden soll. Genauer gesagt entscheidet die Steuereinheit 10 anhand eines Spannungsbereichs zum Zeitpunkt des Ladens oder Entladens der Energiespeichervorrichtung 2, welches Schätzverfahren aus dem ersten Schätzverfahren und dem zweiten Schätzverfahren durchgeführt werden soll. Die Steuereinheit 10 schätzt den SOC der Energiespeichervorrichtung 2, indem sie das erste Schätzverfahren oder das zweite Schätzverfahren unter Verwendung der oben erwähnten jeweiligen Daten durchführt.
In den Lade-Entlade-Historiendaten 112 werden Informationen gespeichert, die die Lade-Entlade-Historie (Betriebsverlauf) der Energiespeichervorrichtung 2 anzeigen. Die Lade-Entlade-Historiendaten 112 umfassen beispielsweise Informationen, die einen Zeitraum (Nutzungszeitraum) angeben, in dem die Energiespeichervorrichtung 2 eine Ladung oder Entladung durchgeführt hat, Informationen bezüglich der Ladung oder Entladung, die die Energiespeichervorrichtung 2 während des Nutzungszeitraums durchgeführt hat, und ähnliches. Bei den Informationen, die den Nutzungszeitraum der Energiespeichervorrichtung 2 angeben, handelt es sich um Informationen, die Zeitpunkte angeben, zu denen die Ladung oder Entladung begann oder endete, einen kumulativen Nutzungszeitraum, während dessen die Energiespeichervorrichtung 2 genutzt wurde, und ähnliches. Informationen, die sich auf die von der Energiespeichervorrichtung 2 durchgeführte Ladung oder Entladung beziehen, sind Informationen, die eine Spannung, eine Rate, eine Temperatur und dergleichen in einem Zeitraum, in dem die Energiespeichervorrichtung 2 eine Ladung durchgeführt hat, oder in einem Zeitraum, in dem die Energiespeichervorrichtung 2 eine Entladung durchgeführt hat, angeben. Die Steuereinheit 10 erfasst Erfassungswerte wie einen Stromwert, einen Spannungswert, eine Temperatur der Energiespeichervorrichtung 2 und speichert Informationen basierend auf den erfassten Erfassungswerten in den Lade-Entlade-Historiendaten 112. Auf diese Weise wird die Lade-Entlade-Historie, die die Daten über die verstrichene Zeit der Erfassungswerte der Energiespeichervorrichtung 2 enthält, akkumuliert.
Die der Energiespeichervorrichtung 2 entsprechende SOC-OCV-Kurve wird in den Schätzdaten 113 gespeichert. Die SOC-OCV-Kurve kann in vorbestimmten Zeitintervallen unter Berücksichtigung der Verschlechterung der Energiespeichervorrichtung 2 aktualisiert werden. Die Steuereinheit 10 erfasst die SOC-OCV-Kurve im Voraus, indem sie z. B. mit einem externen Gerät (nicht dargestellt) kommuniziert, und speichert die erfasste SOC-OCV-Kurve in den Schätzdaten 113.
Die Information über einen Spannungsbereich, in dem das erste Schätzverfahren durchgeführt werden kann, wird in den Spannungsbereichsdaten 114 gespeichert. Der Spannungsbereich, in dem das erste Schätzverfahren durchgeführt werden kann, ist ein Spannungsbereich, in dem eine später beschriebene vorübergehende Potenzialänderung nicht erzeugt wird. Beispielsweise können ein oberer und ein unterer Grenzwert, die einen Spannungsbereich definieren, in den Spannungsbereichsdaten 114 gespeichert werden. Alternativ können in den Spannungsbereichsdaten 114 auch Informationen über einen Spannungsbereich gespeichert werden, in dem das erste Schätzverfahren nicht durchgeführt werden kann, d.h. ein Spannungsbereich, in dem eine später beschriebene vorübergehende Potenzialänderung erzeugt wird. Die Steuereinheit 10 erfasst einen Spannungsbereich, der der Zusammensetzung der negativen Elektrode der Energiespeichervorrichtung 2 entspricht, im Voraus, indem sie beispielsweise mit einer externen Vorrichtung (nicht dargestellt) kommuniziert, und speichert den erfassten Spannungsbereich in den Spannungsbereichsdaten 114. In den Spannungsbereichsdaten 114 können ein Tiefentladeschwellenwert, der als Faktor für die Entscheidung dient, ob das erste Schätzverfahren durchgeführt werden soll oder nicht, und Informationen über die zweite Region der SOC-OCV-Kurve gespeichert werden. Der Tiefentladeschwellenwert und die zweite Region werden in anderen Ausführungsformen detailliert beschrieben.
Die Eingabeeinheit 12 enthält eine Schnittstelle zum Anschluss des Sensors 4 an die Eingabeeinheit 12. Die Eingabeeinheit 12 kann einen A/D-Wandler enthalten, der ein vom Sensor 4 empfangenes analoges Signal in ein digitales Signal umwandelt. Der Sensor 4 umfasst zum Beispiel einen Stromsensor und einen Spannungssensor. Der Stromsensor ist ein vorhandener Sensor, wie z. B. ein Stromwandler oder ein Hall-Effekt-Stromsensor, und misst einen in der Energiespeichervorrichtung 2 fließenden und/oder aus der Energiespeichervorrichtung 2 abfließenden Strom in Zeitreihen. Der Spannungssensor ist ein vorhandener Spannungssensor und misst in Zeitreihen eine Spannung an der Energiespeichervorrichtung 2. Die Eingabeeinheit 12 empfängt ein Signal, das sich auf einen vom Stromsensor gemessenen Strom bezieht, und ein Signal, das sich auf eine vom Spannungssensor gemessene Spannung bezieht. Die Steuereinheit 10 erfasst einen Stromwert und einen Spannungswert nach Bedarf über die Eingabeeinheit 12. Der Sensor 4 kann einen Temperatursensor wie ein Thermoelement oder einen Thermistor enthalten. Der Temperatursensor misst die Temperatur der Energiespeichervorrichtung 2 in Zeitreihen. Die Steuereinheit 10 erfasst bei Bedarf über die Eingabeeinheit 12 die vom Temperatursensor gemessenen Temperaturdaten der Energiespeichervorrichtung 2 oder Temperaturdaten des Energiespeicherapparats 100.
Die Ausgabeeinheit 13 enthält eine Verbindungsschnittstelle zum Anschluss des Anzeigeeinrichtung 5 an die Ausgabeeinheit 13. Ein Beispiel für die Anzeigeeinrichtung 5 ist eine Flüssigkristallanzeigeeinrichtung. In einem Fall, in dem die Steuereinheit 10 das Ergebnis der Schätzung in Bezug auf den Ladezustand der Energiespeichervorrichtung 2 erfasst, gibt die Steuereinheit 10 Informationen basierend auf dem Ergebnis der Schätzung von der Ausgabeeinheit 13 an die Anzeigeeinrichtung 5 aus. Die Anzeigeeinrichtung 5 zeigt das Ergebnis der Schätzung basierend auf den von der Ausgabeeinheit 13 ausgegebenen Informationen an.
Alternativ kann die Ausgabeeinheit 13 auch eine Kommunikationsschnittstelle enthalten, die mit einem externen Gerät kommuniziert. Das externe Gerät, das kommunikativ mit der Ausgabeeinheit 13 verbunden ist, ist ein Endgerät wie ein Personalcomputer, ein Smartphone oder Ähnliches, das von einem Benutzer, einem Administrator oder Ähnlichem verwendet wird. In einem Fall, in dem die Steuereinheit 10 das Ergebnis der Schätzung in Bezug auf den Ladezustand der Energiespeichervorrichtung 2 erhält, gibt die Steuereinheit 10 Informationen basierend auf dem Ergebnis der Schätzung von der Ausgabeeinheit 13 an das Endgerät aus. Das Endgerät empfängt die von der Ausgabeeinheit 13 übertragenen Informationen und zeigt das Ergebnis des Schätzergebnisses auf der Grundlage der empfangenen Informationen auf einem Display des eigenen Geräts an. Die Schätzvorrichtung 1 kann eine Benachrichtigungseinheit, wie z. B. eine LED-Lampe oder einen Summer, enthalten, um den Benutzer über das Ergebnis der Schätzung eines Ladezustands der Energiespeichervorrichtung 2 zu informieren.
Hier werden die Eigenschaften der Energiespeichervorrichtung (im Folgenden auch als Batterie bezeichnet) 2, der die negative Elektrode mit einem negativen aktiven Material, das ein Material auf Si-Basis enthält, enthält, im Detail beschrieben.
Als Ergebnis der umfangreichen Studien haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass in Bezug auf die Batterie 2 mit einem negativen aktiven Material, das ein Material auf Si-Basis enthält, in einem Fall, in dem die Batterie 2 unter einer bestimmten Bedingung (z. B. einem bestimmten Spannungsbereich) geladen oder entladen wird, eine vorübergehende Potenzialänderung in der negativen Elektrode erzeugt wird. Die vorübergehende Potenzialänderung ist ein Phänomen, bei dem die Lade-Entlade-Charakteristik der Batterie 2 durch das Laden oder Entladen unter einer bestimmten Bedingung verändert wird und eine Kapazität (ein Kapazitätserhaltungsverhältnis) der Batterie 2 aufgrund einer solchen Änderung der Lade-Entlade-Charakteristik der Batterie 2 vorübergehend verringert wird. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet das Kapazitätserhaltungsverhältnis das Verhältnis der Batteriekapazität zu einem bestimmten Zeitpunkt zur ursprünglichen Batteriekapazität. Die oben erwähnte Verarbeitung wird im Folgenden näher beschrieben.
Bei einer Batterie, deren negatives aktives Material aus einer Mischung von 20 Massenprozent SiO und 80 Massenprozent Gr besteht (im Folgenden wird die Batterie auch als Si-Gr-Mischbatterie bezeichnet) 2, wurde die Batterie einem Lade-Entlade-Zyklustest in einer Vielzahl von Spannungsbereichen unterzogen, die jeweils durch einen oberen Spannungsgrenzwert und einen unteren Spannungsgrenzwert definiert sind (siehe unten). 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Anzahl der Zyklen und dem Kapazitätserhaltungsverhältnis in einer Si-Gr-Mischbatterie in den jeweiligen Spannungsbereichen darstellt. In 3 ist die Anzahl der Zyklen auf einer Abszissenachse und das Kapazitätserhaltungsverhältnis (%) auf einer Ordinatenachse dargestellt. Während des Tests wurde ein Kapazitätsbestätigungstest durchgeführt, nachdem die Ladung und Entladung 50 Zyklen lang wiederholt worden waren, und dann wurden die Ladung und Entladung bis zu 100 Zyklen lang wiederholt.
Eine Vielzahl von Schwellenwerten wurde von einer Vollladespannung Ei bis zu einer Entladeschlussspannung E0 der Batterie 2 festgelegt. Das Laden und Entladen wurde wiederholt in einer Vielzahl von begrenzten Spannungsbereichen durchgeführt, wobei die Vollladespannung Ei als Obergrenze und die oben erwähnte Vielzahl von Schwellenwerten als Untergrenzen festgelegt wurden. In dem in 3 dargestellten Beispiel wurden sechs Spannungsbereiche festgelegt, und zwar: ein erster Bereich von der Spannung E1 bis zur Spannung Ei, ein zweiter Bereich von der Spannung E2 bis zur Spannung Ei, ein dritter Bereich von der Spannung E3 bis zur Spannung Ei, ein vierter Bereich von der Spannung E4 bis zur Spannung Ei, ein fünfter Bereich von der Spannung E5 bis zur Spannung Ei, und ein sechster Bereich von der Spannung E6 bis zur Spannung Ei. Hier ist E0<E1<E2<E3<E4<E5<E6<Ei erfüllt.
Wie in 3 dargestellt, verringerte sich das Kapazitätserhaltungsverhältnis in den spezifischen Spannungsbereichen weitgehend, wenn die Anzahl der Zyklen erhöht wurde. In dem in 3 dargestellten Beispiel war das Kapazitätserhaltungsverhältnis bei wiederholter Durchführung von Lade- und Entladevorgängen im fünften Bereich und im vierten Bereich deutlich verringert. Die Abnahme des Kapazitätserhaltungsverhältnisses wurde einmal durch die Durchführung des Kapazitätsbestätigungstests beseitigt, bei dem eine Tiefentladung über einen Bereich von der vollen Ladespannung Ei bis zur Entladeschlussspannung E0 durchgeführt wurde.
4 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen Entladekapazität und Spannung in einer Si-Gr-Mischbatterie für jeden Zyklus zeigt. In 4 ist die Entladekapazität (mAh) auf einer Abszissenachse und die Spannung (V) auf einer Ordinatenachse dargestellt. 4 zeigt bei dem oben beschriebenen Zyklustest im vierten Bereich die Entladekennlinie zum Zeitpunkt der anfänglichen Kapazitätsbestätigung, die Entladekennlinie zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung nach dem ersten Zyklus, die Entladekennlinie zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung nach dem zehnten Zyklus, die Entladekennlinie zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung nach dem zwanzigsten Zyklus, die Entladekennlinie zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung nach dem fünfzigsten Zyklus und die Entladekennlinie zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung nach dem fünfzigsten Zyklus. Der Begriff „zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung nach dem 50. Zyklus“ bedeutet „zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung nach der Tiefentladung nach dem 50. Zyklus (wenn die vorübergehende Potenzialänderung erzeugt wird). Wie in 4 deutlich zu erkennen ist, verändert sich die Kurvenform (Profil) mit zunehmender Zyklenzahl stärker, und es entsteht ein Zustand, bei dem das Ende der Entladung entlang der Abszisse nach links verschoben ist. Die Kurvenform wird in einer Region, in der die Spannung etwa 3,5 V oder mehr betrug, kaum verändert, und sie wird in einer Region von einer Spannung von weniger als etwa 3,5 V bis zum Ende der Entladung weitgehend verändert. Außerdem hat sich die Kurvenform zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung nach dem 50. Zyklus der Kurvenform zum Zeitpunkt der ersten Kapazitätsbestätigung angenähert. Dementsprechend wurde festgestellt, dass eine Veränderung der Kurvenform durch eine Tiefentladung beseitigt werden kann. Die Nennkapazität zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung nach den 50. Zyklen unterscheidet sich kaum von der Nennkapazität zum Zeitpunkt der anfänglichen Kapazitätsbestätigung, und die Entladekapazität wurde durch die Kapazitätsbestätigung in Verbindung mit der Tiefentladung wiederhergestellt.
Das im Wesentlichen gleiche Experiment wie oben beschrieben wurde in Bezug auf eine Batterie durchgeführt, in der die Zusammensetzung des negativen aktiven Materials SiO war (der Gehalt an SiO in Bezug auf die negative Elektrodenmischung beträgt 90 Massenprozent) (im Folgenden auch als Si-basierte Batterie bezeichnet) 2. In der Si-basierten Batterie 2 wurden fünf Spannungsbereiche (siebter Bereich bis elfter Bereich) mit der Vollladespannung Ei als Obergrenze und fünf verschiedenen Spannungswerten (E7 bis E11, wobei E7 < E8 < E9 < E10 < E11 erfüllt ist) als Untergrenzen festgelegt. Ein Lade-Entlade-Zyklustest wurde in Bezug auf diese fünf Spannungsbereiche durchgeführt. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Anzahl der Zyklen und dem Kapazitätserhaltungsverhältnis in einer Si-basierten Batterie für die jeweiligen Spannungsbereiche darstellt. 6 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen Entladekapazität und Spannung in einer Si-basierten Batterie für die jeweiligen Zyklen zeigt. 6 veranschaulicht im elften Bereich von der Spannung E11 bis zur Spannung Ei die Entladecharakteristik zum Zeitpunkt der anfänglichen Kapazitätsbestätigung, die Entladecharakteristik zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung beim ersten Zyklus, die Entladecharakteristik zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung beim zehnten Zyklus, die Entladecharakteristik zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung beim fünfzigsten Zyklus, und die Entladecharakteristik zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung nach dem fünfzigsten Zyklus.
Wie in 5 zu sehen ist, nimmt auch bei der Si-basierten Batterie 2 das Kapazitätserhaltungsverhältnis mit zunehmender Zyklenzahl in Bezug auf die angegebenen Spannungsbereiche stark ab. Anders als bei der Si-Gr-Mischbatterie 2 ist jedoch die Abnahme des Kapazitätserhaltungsverhältnisses auffällig, wenn die Spannung auf einen hohen Spannungsbereich (z. B. den 11. und 10. Bereich) begrenzt wird. Wie aus 6 klar ersichtlich ist, wird auch in der Si-basierten Batterie 2 eine Veränderung der Kurvenform (Profil) mit der Erhöhung der Zyklenzahl verstärkt, und es wird ein Zustand herbeigeführt, bei dem das Ende der Entladung nach links entlang der Achse der Abszisse verschoben ist. Die Kurvenform zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung nach dem 50. Zyklus und die Kurvenform zum Zeitpunkt der anfänglichen Kapazitätsbestätigung waren im Wesentlichen gleich, und eine Veränderung der Kurvenform wurde durch die Durchführung einer Tiefentladung beseitigt. Anders als bei der Si-Gr-Mischbatterie 2 trat die Abweichung der Kurvenform jedoch in einer Region auf, der fast alle Spannungen vom Beginn der Entladung bis zum Ende der Entladung umfasst.
Um den Beitrag einer vorübergehenden Potenzialänderung zwischen der einzelnen positiven Elektrode und der einzelnen negativen Elektrode zu trennen, wurde für die positive Elektrode und die negative Elektrode jeweils eine halbe Batterie (Halbzelle) zur Analyse vorbereitet, bei der eine Gegenelektrode aus Lithium besteht, und das Kapazitätserhaltungsverhältnis gemessen. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Anzahl der Zyklen und dem Kapazitätserhaltungsverhältnis an einer einzelnen positiven Elektrode bzw. einer einzelnen negativen Elektrode zeigt. In 7 ist die Anzahl der Zyklen auf einer Abszissenachse und das Kapazitätserhaltungsverhältnis (%) auf einer Ordinatenachse dargestellt. Die Zusammensetzung der einzelnen positiven Elektrode und die Zusammensetzung der einzelnen negativen Elektrode und die fünf Spannungsbereiche wurden in Übereinstimmung mit einer Zusammensetzung und einem Spannungsbereich (SOC-Bereich entsprechend der Spannung) einer vollen Zelle der Si-basierten Batterie 2 in dem in 5 dargestellten Zyklustest festgelegt.
Wie auf der oberen Seite von 7 zu sehen ist, wurde das Kapazitätserhaltungsverhältnis bei der einzelnen positiven Elektrode in keinem Spannungsbereich verringert. Wie in der unteren Seite von 7 zu sehen ist, nahm das Kapazitätserhaltungsverhältnis bei der einzelnen negativen Elektrode auch in den angegebenen Bereichen mit zunehmender Zyklenzahl stark ab. Dieses Ergebnis bestätigt, dass in der Si-basierten Batterie 2 eine vorübergehende Potenzialänderung durch die Wiederholung eines Lade-Entlade-Zyklus in einem bestimmten Spannungsbereich von der negativen Elektrode erzeugt wird.
Obwohl der Mechanismus zur Erzeugung einer vorübergehenden Potenzialänderung in der Batterie 2 mit einem negativen aktiven Material, das ein Material auf Si-Basis enthält, noch nicht ausreichend geklärt ist, wird angenommen, dass die vorübergehende Potenzialänderung durch die Bildung einer Kristallschicht erzeugt wird, die eine Li_x Si-Legierung auf der Oberfläche einer negativen Elektrode enthält. Das heißt, die Li-Ionen sind nicht gleichmäßig in einem Si-Kristall eingeschlossen, sondern dringen in das Innere des Si-Kristalls ein und bilden eine Li_x Si-Legierung um die Si-Kristalle herum. Die Li_x Si-Legierung hat ein Plateaupotenzial, bei dem sich das Lade-Entlade-Potenzial kaum ändert, und es wird geschätzt, dass dieses Plateaupotenzial eine Potenzialänderung der negativen Elektrode bewirkt, wenn die Ladung und die Entladung in einem bestimmten Spannungsbereich wiederholt werden.
Es gibt einen Fall, in dem sogar an der positiven Elektrode eine extrem geringe vorübergehende Potenzialänderung auftritt. Diese Potenzialänderung wird jedoch durch eine ausreichende Lade- und Entladezeit eliminiert und ist nicht von einem Spannungsbereich zum Zeitpunkt der Entladung abhängig. Die Reaktion der Lithium-Ionen in der positiven Elektrode läuft zunächst kinetisch gesteuert ab. Die Reaktionsgeschwindigkeit in diesem Stadium ändert sich in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen (z. B. dem Spannungsbereich) während der Entladung, so dass das Ausmaß der Potenzialänderung zum Zeitpunkt der Reaktion unterschiedlich ist und die Differenz als vorübergehende Kapazitätsänderung erscheint. Nach Ablauf einer ausreichenden Reaktionszeit läuft jedoch eine auf einer thermodynamischen Steuerung basierende Reaktion nach einer kinetischen Steuerung ab, und schließlich konvergiert die vorübergehende Kapazitätsänderung gegen die Energie eines Produkts in der positiven Elektrode. Dementsprechend wird die Potenzialänderung eliminiert.
Um das obige Phänomen zusammenzufassen, wird in der Batterie 2 mit einem negativen aktiven Material, das ein Material auf Si-Basis enthält, eine Lade-Entlade-Charakteristik der Batterie 2 durch Wiederholung der Ladung und der Entladung in einem bestimmten Spannungsbereich verändert. Zusammen mit einer solchen Änderung der Lade-Entlade-Charakteristik wird eine vorübergehende Potenzialänderung erzeugt, bei der die Kapazität der Batterie 2 verringert wird. Diese vorübergehende Potenzialänderung wird durch eine Entladung beseitigt, die einen vorgegebenen Tiefentladeschwellenwert überschreitet (Tiefentladung). Der Spannungsbereich, in dem die vorübergehende Potenzialänderung auftritt, variiert je nach dem Gehalt (Zusammensetzung der negativen Elektrode) des Si-basierten Materials im negativen aktiven Material. Wie im Folgenden beschrieben, legt die Schätzvorrichtung 1 einen Spannungsbereich während des Ladens und Entladens der Batterie 2 fest und führt ein erstes Schätzverfahren unter Verwendung einer SOC-OCV-Kurve durch, wenn der Spannungsbereich ein Spannungsbereich ist, in dem keine vorübergehende Potenzialänderung erzeugt wird. Das heißt, die SOC-Rückstellung wird in dem Spannungsbereich durchgeführt, in dem keine vorübergehende Potenzialänderung auftritt. In einem Fall, in dem der Spannungsbereich kein Spannungsbereich ist, in dem eine vorübergehende Potenzialänderung nicht erzeugt wird, wird das zweite Schätzverfahren durch Stromintegration durchgeführt. Mit einer solchen Verarbeitung ist es möglich, einen Ladezustand der Batterie 2 mit einem negativen aktiven Material, das ein Material auf Si-Basis enthält, genau zu schätzen.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für Schritte der Schätzungsverarbeitung zeigt. Die Steuereinheit 10 der Schätzvorrichtung 1 führt die folgende Verarbeitung in Übereinstimmung mit einem Schätzprogramm 111 durch.
Die Steuereinheit 10 der Schätzvorrichtung 1 erfasst eine Lade-Entlade-Historie, indem sie Erfassungswerte wie einen Stromwert, einen Spannungswert, eine Temperatur oder ähnliches der Batterie 2 über die Eingabeeinheit 12 erfasst (Schritt S11). Wenn die Schätzvorrichtung 1 an einem entfernten Ort installiert ist, empfängt die Steuereinheit 10 einen Erfassungswert der Energiespeichervorrichtung 2 durch Kommunikation über die Ausgabeeinheit 13. Die Steuereinheit 10 speichert die erfassten Lade-Entlade-Historie in den Lade-Entlade-Historiendaten 112 in der Speichereinheit 11.
Die Steuereinheit 10 legt auf der Grundlage der erfassten Lade-Entlade-Historie einen Spannungsbereich für die Verwendung der Batterie 2 fest (Schritt S12). Die Steuereinheit 10 bestimmt, ob das erste Schätzverfahren durchgeführt werden soll oder nicht, indem sie schätzt, ob eine vorübergehende Potenzialänderung der negativen Elektrode auf der Grundlage des angegebenen Spannungsbereichs erzeugt wird oder nicht (Schritt S13).
Genauer gesagt bestimmt die Steuereinheit 10, ob der Spannungsbereich, in dem das erste Schätzverfahren durchgeführt werden kann, mit dem angegebenen Spannungsbereich übereinstimmt oder nicht, und zwar auf der Grundlage der in den Spannungsbereichsdaten 114 gespeicherten Informationen. Die Steuereinheit 10 bestimmt entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung, ob das erste Schätzverfahren durchgeführt werden soll oder nicht. Das erste Schätzverfahren ist ein OCV-Verfahren (siehe Spannung) zur Bestimmung eines SOC auf der Grundlage einer SOC-OCV-Kurve. Der Spannungsbereich, in dem das erste Schätzverfahren durchgeführt werden kann, ist ein Spannungsbereich, in dem keine vorübergehende Potenzialänderung an der negativen Elektrode erzeugt wird.
Wenn die Lade-Entlade-Historie der Batterie 2 nicht dem Spannungsbereich entspricht, in dem das erste Schätzverfahren durchgeführt werden kann, wird geschätzt, dass eine vorübergehende Potenzialänderung in der negativen Elektrode der Batterie 2 erzeugt wird. In diesem Fall ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass die SOC-OCV-Kurve nicht eindeutig bestimmt wird und somit die Genauigkeit der Schätzung durch das erste Schätzverfahren verringert wird. Andererseits wird in einem Fall, in dem die Lade-Entlade-Historie der Batterie 2 dem Spannungsbereich entspricht, in dem das erste Schätzverfahren durchgeführt werden kann, davon ausgegangen, dass an der negativen Elektrode der Batterie 2 keine vorübergehende Potenzialänderung erzeugt wird. In diesem Fall ist die SOC-OCV-Kurve eindeutig bestimmt, der SOC kann durch das erste Schätzverfahren günstig geschätzt werden.
In einem Fall, in dem die Steuereinheit 10 bestimmt, das erste Schätzverfahren nicht durchzuführen, weil der Spannungsbereich, in dem das erste Schätzverfahren durchgeführt werden kann, nicht mit dem angegebenen Spannungsbereich übereinstimmt (Schritt S13: Nein), führt die Steuereinheit 10 das zweite Schätzverfahren durch, um den SOC zu schätzen (Schritt S14). Das zweite Schätzverfahren ist ein Stromintegrationsverfahren zur Bestimmung des SOC unter Verwendung eines integrierten Wertes eines durch die Batterie 2 fließenden Stroms.
Als arithmetischer Ausdruck einer Stromintegrationsmethode kann zum Beispiel der folgende Ausdruck (1) verwendet werden. ${SOC}_{i} = {SOC}_{i - 1} + I_{i} \times Δ t_{i} /Q \times 100$
SOC_i ist der SOC eines gegenwärtigen Zeitpunkts, SOC_i-1 ist der SOC eines früheren Zeitpunkts, I_i ist ein Stromwert, Δt_i ist ein Zeitintervall, und Q ist eine volle Ladekapazität.
In einem Fall, in dem die Steuereinheit 10 bestimmt, das erste Schätzverfahren durchzuführen, weil der Spannungsbereich, in dem das erste Schätzverfahren durchgeführt werden kann, mit dem angegebenen Spannungsbereich übereinstimmt (Schritt S13: Ja), führt die Steuereinheit 10 das erste Schätzverfahren durch, um den SOC zu schätzen (Schritt S15). Die Steuereinheit 10 liest auf der Grundlage der in den Schätzdaten 113 gespeicherten SOC-OCV-Kurve den SOC aus, der einem in Schritt S11 auf der SOC-OCV-Kurve erfassten Spannungswert entspricht.
Die Steuereinheit 10 gibt Informationen auf der Grundlage des Ergebnisses der Schätzung eines SOC an die Anzeigeeinrichtung 5 oder dergleichen aus (Schritt S16) und beendet die Verarbeitungsreihe.
Bei der oben beschriebenen Verarbeitung kann die Steuereinheit 10 einen SOC jedes Mal zu einem Zeitpunkt schätzen, zu dem die Steuereinheit 10 einen Erfassungswert von der Eingabeeinheit 12 erhält. Alternativ kann die Steuereinheit 10 einen SOC zu einem bestimmten Zeitpunkt schätzen, indem sie die Messdaten sequentiell aus der Speichereinheit 11 ausliest, nachdem Erfassungswerte für einen bestimmten Zeitraum in der Speichereinheit 11 gespeichert wurden.
Bei der oben beschriebenen Verarbeitung bestimmt die Steuereinheit 10, ob das erste Schätzverfahren durchgeführt werden soll oder nicht, je nachdem, ob die Lade-Entlade-Historie der Batterie 2 einem Spannungsbereich entspricht, in dem das erste Schätzverfahren durchgeführt werden kann oder nicht. Alternativ kann die Steuereinheit 10 bestimmen, ob das erste Schätzverfahren durchgeführt werden soll oder nicht, basierend darauf, ob die Lade-Entlade-Historie der Batterie 2 einem Spannungsbereich entspricht, in dem das erste Schätzverfahren nicht durchgeführt werden kann oder nicht.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein Ladezustand der Batterie 2 mit einem negativen aktiven Material, das ein Material auf Si-Basis enthält, auf der Grundlage einer Eigenschaft des Materials auf Si-Basis genau geschätzt werden. Die Schätzvorrichtung 1 schätzt einen Ladezustand durch das erste Schätzverfahren unter Verwendung einer SOC-OCV-Kurve in einem Spannungsbereich, in dem eine vorübergehende Potenzialänderung in der negativen Elektrode nicht erzeugt wird. In einem Spannungsbereich, in dem eine vorübergehende Potenzialänderung in der negativen Elektrode erzeugt wird, wird ein Ladezustand durch das zweite Schätzverfahren berechnet, das die Stromintegration durchführt. Die Schätzvorrichtung 1 steuert den Zeitpunkt, zu dem das erste Schätzverfahren durchgeführt wird, in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Schätzung eines Erzeugungszustands einer vorübergehenden Potenzialänderung in der negativen Elektrode, wodurch die Abnahme der Schätzgenauigkeit des Ladezustands verringert werden kann.
(Zweite Ausführungsform)
In der zweiten Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das erste Schätzverfahren durchgeführt wird, wenn die Entladung, die einen Tiefentladeschwellenwert überschreitet, in der Batterie 2 durchgeführt wird. Wie oben beschrieben, wird eine vorübergehende Potenzialänderung an der negativen Elektrode der Energiespeichervorrichtung durch die Durchführung der Tiefentladung beseitigt. Unter Tiefentladung versteht man die Entladung, die einen Tiefentladeschwellenwert überschreitet. Die Steuereinheit 10 erfasst im Voraus die Informationen in Bezug auf einen Tiefentladeschwellenwert, der der Zusammensetzung der Batterie 2 entspricht, und speichert die Informationen in den Schätzdaten 113.
Wenn die Steuereinheit 10 der Schätzvorrichtung 1 in dem in 8 dargestellten Schritt S13 bestimmt, ob das erste Schätzverfahren durchgeführt werden soll oder nicht, bestimmt die Steuereinheit 10, ob das erste Schätzverfahren durchgeführt werden soll oder nicht, basierend darauf, ob die Entladung, die einen Tiefentladeschwellenwert überschreitet, in der Batterie 2 durchgeführt wird oder nicht. Genauer gesagt bestimmt die Steuereinheit 10 anhand der in den Spannungsbereichsdaten 114 gespeicherten Informationen, ob ein in Schritt S11 erfasster Spannungswert kleiner als ein Tiefentladeschwellenwert ist.
Wenn der Spannungswert der Batterie 2 unter dem Tiefentladeschwellenwert liegt, d. h. wenn eine Tiefentladung durchgeführt wird, bestimmt die Steuereinheit 10, das erste Schätzverfahren durchzuführen. Die Steuereinheit 10 liest auf der Grundlage der in den Schätzdaten 113 gespeicherten SOC-OCV-Kurve den SOC, der einem in Schritt S11 auf der SOC-OCV-Kurve erfassten Spannungswert entspricht.
Wenn ein Spannungswert der Batterie 2 größer oder gleich einem Tiefentladeschwellenwert ist, d.h. wenn die Tiefentladung nicht durchgeführt wird, bestimmt die Steuereinheit 10, das erste Schätzverfahren nicht durchzuführen. Die Steuereinheit 10 führt das zweite Schätzverfahren durch und schätzt einen SOC durch Stromintegration.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt die Steuereinheit 10 das erste Schätzverfahren zu einem Zeitpunkt durch, zu dem geschätzt wird, dass eine vorübergehende Potenzialänderung unter Verwendung eines Tiefentladeschwellenwerts, der entsprechend der Zusammensetzung der negativen Elektrode bestimmt wird, beseitigt wurde. Dementsprechend kann der Ladezustand der Batterie 2 genau abgeschätzt werden.
(Dritte Ausführungsform)
In der dritten Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem eine detailliertere Kurvenform in dem ersten Schätzverfahren berücksichtigt wird.
9 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen Entladekapazität und Spannung vor der Tiefentladung und nach der Tiefentladung in einer Si-basierten Batterie 2 zeigt. In 9 ist die Entladekapazität auf einer Abszissenachse und die Spannung (V) auf einer Ordinatenachse dargestellt. Die Entladungskapazität ist ein Wert, der durch Normierung unter Verwendung einer Entladungskapazität erhalten wird, die einer Entladungsstartspannung entspricht, und entspricht einem Ladezustand. Das heißt, das in 9 dargestellte Diagramm zeigt ein Ladezustands-Spannungs-Profil einer Si-basierten Batterie. Ein Schätzverfahren gemäß der dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
9 zeigt das Ergebnis eines Kapazitätsbestätigungstests nach Durchführung eines Zyklustests von 100 Zyklen im 11. Bereich von der Spannung E11 bis zur Spannung Ei, die unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wurde, unter Verwendung der gleichen Si-basierten Batterie 2 wie in der ersten Ausführungsform. In 9 zeigt eine gestrichelte Linie eine Entladekurve zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung, die ohne Durchführung einer Restentladung nach 100 Zyklen durchgeführt wird. Das heißt, die gestrichelte Linie in 9 zeigt eine Entladekurve zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung, die nach der Erzeugung einer vorübergehenden Potenzialänderung und vor der Tiefentladung durchgeführt wird. Die durchgezogene Linie in 9 zeigt eine Entladungskurve, wenn nach der oben beschriebenen Kapazitätsbestätigung erneut ein Lade-Entlade-Zyklus über den gesamten Spannungsbereich von einer vollen Ladespannung bis zu einer Entladeschlussspannung durchgeführt wird. Das heißt, die durchgezogene Linie in 9 zeigt eine Entladekurve zum Zeitpunkt der Kapazitätsbestätigung, die nach der Erzeugung einer vorübergehenden Potenzialänderung und vor der Tiefentladung durchgeführt wird.
Wie in 9 dargestellt, weist die Entladungskurve vor der Tiefentladung eine erste Region auf, in dem die Kurvenform im Vergleich zur Entladungskurve nach der Tiefentladung verändert ist (wobei die Abweichung in der Kurvenform groß ist), und eine zweite Region, in dem die Kurvenform im Vergleich zur Entladungskurve nach der Tiefentladung kaum verändert ist (wobei die Abweichung in der Kurvenform verringert ist). Das heißt, in Bezug auf die Entladungskurve in einem Fall, in dem eine vorübergehende Potenzialänderung erzeugt wird, gibt es die ersten Region, in der die Kurvenform aufgrund der vorübergehenden Potenzialänderung im Vergleich zur Entladungskurve in einem Fall, in dem die vorübergehende Potenzialänderung nicht erzeugt wird, verändert wird (eliminiert wird), und die zweite Region, in der die Kurvenform im Vergleich zur Entladungskurve in dem Fall, in dem die vorübergehende Potenzialänderung nicht erzeugt wird, kaum verändert wird (eliminiert wird). In dem in 9 dargestellten Beispiel entspricht eine Region vom Beginn der Entladung bis zu einer Spannung von etwa 3,3 V oder mehr der ersten Region, und eine Region von einer Spannung von weniger als etwa 3,3 V bis zu einer Spannung am Ende der Entladung entspricht der zweiten Region. Wenn sich die Spannung der Batterie 2 in der zweiten Region befindet, gibt es fast keine Änderung der Kurvenform aufgrund einer vorübergehenden Potenzialänderung, so dass die Spannung eindeutig durch die SOC-OCV-Kurve angegeben ist. Die Steuereinheit 10 der Schätzvorrichtung 1 führt das erste Schätzverfahren nicht durch, wenn eine erfasste Spannung in der ersten Region liegt, und führt das erste Schätzverfahren durch, wenn die erfasste Spannung in der zweiten Region liegt.
Ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert der ersten Region und ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert der zweiten Region unterscheiden sich entsprechend der Zusammensetzung der negativen Elektrode (dem Si-Gehalt des negativen aktiven Materials). In der in 4 der ersten Ausführungsform dargestellten Si-Gr-Mischbatterie 2 gibt es beispielsweise bei einer Spannung von etwa 3,6 V oder mehr fast keine Abweichung in der Kurvenform, und die Kurvenform ändert sich weitgehend bei einer Spannung von weniger als etwa 3,6 V. Das heißt, in der Si-Gr-Mischbatterie 2 entspricht einer Region, die eine hohe Spannung enthält, der zweiten Region, und eine Region, die eine niedrige Spannung enthält, entspricht der ersten Region. Die Steuereinheit 10 erfasst im Voraus die Informationen über einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert der zweiten Region, die der Zusammensetzung der Batterie 2 entsprechen, und speichert die Informationen in den Spannungsbereichsdaten 114.
Wenn die Steuereinheit 10 der Schätzvorrichtung 1 bestimmt, ob das erste Schätzverfahren in dem in 8 dargestellten Schritt S13 durchgeführt werden soll oder nicht, bestimmt die Steuereinheit 10, ob das erste Schätzverfahren durchgeführt werden soll oder nicht, basierend darauf, ob ein in Schritt S11 erfasster Spannungswert innerhalb der zweiten Region liegt oder nicht. Genauer gesagt, bestimmt die Steuereinheit 10 auf der Grundlage der in den Spannungsbereichsdaten 114 gespeicherten Informationen, ob ein in Schritt S11 erfasster Spannungswert in einer Region zwischen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert der zweiten Region liegt.
Wenn die Steuereinheit 10 feststellt, dass der Spannungswert in der zweiten Region liegt, bestimmt die Steuereinheit 10, das erste Schätzverfahren durchzuführen. Die Steuereinheit 10 liest auf der Grundlage einer in den Schätzdaten 113 gespeicherten SOC-OCV-Kurve einen SOC, der einem in Schritt S11 erfassten Spannungswert in der zweiten Region der SOC-OCV-Kurve entspricht.
Wenn die Steuereinheit 10 feststellt, dass der Spannungswert nicht in der zweiten Region liegt, bestimmt die Steuereinheit 10, das erste Schätzverfahren nicht durchzuführen. Die Steuereinheit 10 führt das zweite Schätzverfahren durch und schätzt einen SOC durch Stromintegration.
Die Steuereinheit 10 kann umfassend bestimmen, ob das erste Schätzverfahren durchgeführt werden soll oder nicht, indem sie feststellt, ob die Lade-Entlade-Historie der Batterie 2 einem Spannungsbereich entspricht, in dem das erste Schätzverfahren durchgeführt werden kann, zusätzlich zu der Feststellung, ob der oben erwähnte Spannungswert in der zweiten Region liegt oder nicht.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein Ladezustand der Batterie 2 genau abgeschätzt werden, indem die Spannung ermittelt wird, bei der das erste Schätzverfahren auf der Grundlage der detaillierteren Lade-Entlade-Kennlinie, die der Zusammensetzung der negativen Elektrode entspricht, durchgeführt werden kann.
Die hier offengelegten Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht illustrativ und nicht einschränkend. Die in den Ausführungsformen beschriebenen technischen Merkmale können miteinander kombiniert werden, und der Umfang der vorliegenden Erfindung soll alle Änderungen innerhalb des Umfangs der Ansprüche und des den Ansprüchen entsprechenden Umfangs umfassen.
Beschreibung der Bezugszeichen

100: Energiespeicherapparat (Energiespeichermodul)
2: Energiespeichervorrichtung
1: Schätzvorrichtung
10: Steuereinheit
11: Speichereinheit
12: Eingabeeinheit
13: Ausgabeeinheit
111: Schätzprogramm
112: Lade-Entlade-Historiendaten
113: Schätzdaten
114: Spannungsbereichsdaten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201557767 A [0005]

Claims

Schätzvorrichtung zum Schätzen eines Ladezustands einer Energiespeichervorrichtung, die eine negative Elektrode mit einem negativen aktiven Material enthält, das Si enthält, wobei die Schätzvorrichtung eine Steuereinheit umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie auf der Grundlage einer Lade-Entlade-Historie der Energiespeichervorrichtung bestimmt, ob sie ein erstes Schätzverfahren zum Schätzen des Ladezustands der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung einer Beziehung zwischen dem Ladezustand und einer Spannung der Energiespeichervorrichtung durchführt oder nicht.
Schätzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie in Übereinstimmung mit einem Ergebnis der Schätzung, das sich auf eine vorübergehende Potenzialänderung der negativen Elektrode bezieht, bestimmt, ob das erste Schätzverfahren durchgeführt werden soll oder nicht.
Schätzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie bestimmt, das erste Schätzverfahren in einem Fall durchzuführen, in dem eine Spannung der Energiespeichervorrichtung innerhalb eines Bereichs eines Spannungsschwellenwerts liegt, in dem eine vorübergehende Potenzialänderung der negativen Elektrode, die einem Gehalt an Si in dem negativen aktiven Material entspricht, nicht erzeugt wird.
Schätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie bestimmt, das erste Schätzverfahren in einem Fall durchzuführen, in dem eine Entladung in der Energiespeichervorrichtung durchgeführt wird, die einen Tiefentladeschwellenwert überschreitet, der einem Gehalt an Si in dem negativen aktiven Material entspricht.
Die Schätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Ladezustands-Spannungs-Profil, das eine Beziehung zwischen einem Ladezustand und einer Spannung der Energiespeichervorrichtung anzeigt, umfasst: eine erste Region, in der sich eine Form des Ladezustands-Spannungs-Profils aufgrund einer vorübergehenden Potenzialänderung der negativen Elektrode ändert, und eine zweite Region, in der sich die Form des Ladezustands-Spannungs-Profils nicht ändert, und die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie den Ladezustand unter Verwendung des Ladezustands-Spannungs-Profils in der zweiten Region schätzt.
Schätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in einem Fall, in dem die Steuereinheit bestimmt, das erste Schätzverfahren nicht durchzuführen, die Steuereinheit konfiguriert ist, ein zweites Schätzverfahren zum Schätzen des Ladezustands der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung eines integrierten Werts eines in die Energiespeichervorrichtung fließenden und/oder aus der Energiespeichervorrichtung fließenden Stroms durchzuführen.
Ein Energiespeichermodul mit: eine Energiespeichervorrichtung; und die Schätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zum Abschätzen eines Ladezustands einer Energiespeichervorrichtung, die eine negative Elektrode mit einem negativen aktiven Material enthält, das Si enthält, wobei das Verfahren auf der Grundlage einer Lade-Entlade-Historie der Energiespeichervorrichtung die Bestimmung umfasst, ob ein erstes Schätzverfahren zum Abschätzen des Ladezustands der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung einer Beziehung zwischen dem Ladezustand und einer Spannung der Energiespeichervorrichtung durchgeführt werden soll oder nicht.
Computerprogramm, um einen Computer zu veranlassen, der einen Ladezustand einer Energiespeichervorrichtung schätzt, die eine negative Elektrode mit einem negativen aktiven Material enthält, das Si enthält, eine Verarbeitung durchzuführen, um auf der Grundlage einer Lade-Entlade-Historie der Energiespeichervorrichtung zu bestimmen, ob ein erstes Schätzverfahren zum Schätzen des Ladezustands der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung einer Beziehung zwischen dem Ladezustand und einer Spannung der Energiespeichervorrichtung durchgeführt werden soll oder nicht.