БАТАРЕЙНАЯ СИСТЕМА В ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ И СПОСОБ ОЦЕНКИ ВЫЗВАННОГО СТАРЕНИЕМ УХУДШЕНИЯ СВОЙСТВ БАТАРЕИ
BATTERY SYSTEM IN THE VEHICLE AND THE AGING CAUSED BATTERY PROPERTIES DETERIORATION EVALUATION METHOD

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники
[0001] В настоящем описании изобретения раскрывается установленная на транспортное средство батарейная система, содержащая батарею, которая может заряжаться и разряжаться, и имеющая функцию оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи и способ оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи.
2. Раскрытие предшествующего уровня техники
[0002] Широко известно транспортное средство на электрической тяге, оборудованное вращающейся электрической машиной в качестве тягового двигателя. Рассматриваемое транспортное средство на электрической тяге оборудуется батарейной системой, содержащей вторичную батарею, которая может заряжаться и разряжаться. Вторичная батарея снабжает электрической энергией вращающуюся электрическую машину, когда вращающаяся электрическая машина работает в качестве электродвигателя, а также сохраняет генерируемую электрическую энергию, когда вращающая электрическая машина работает в качестве электрогенератора. Батарейная система управляет зарядом и разрядом вторичной батареи таким образом, чтобы уровень заряда вторичной батареи, называемый состоянием заряда (SOC) не превышал заданный верхний предел (который существенно ниже 100%) и не падал ниже заданного нижнего предела (который существенно выше 5%). Для выполнения такого управления в батарейной системе необходимо точно оценить уровень заряда вторичной батареи.
[0003] Как правило, уровень заряда вторичной батареи рассчитывают, опираясь на ранее сохраненную кривую SOC-OCV, полную зарядную емкость вторичной батареи и т.п. OCV является аббревиатурой от Open Circuit Voltage, и означает напряжение разомкнутой цепи. Кривая SOC-OCV представляет собой кривую, указывающую изменение значения напряжения разомкнутой цепи (OCV) относительно уровня заряда Cb батареи 12. Например, когда значение напряжения разомкнутой цепи вторичной батареи может быть получено, батарейная система оценивает уровень заряда в текущий момент времени, сверяя значение напряжения разомкнутой цепи по кривой SOC-OCV. В другом варианте батарейная система рассчитывает суммарное значение тока, поступающего на, и передаваемого от вторичной батареи, и оценивает величину изменения уровня заряда, а затем и уровень заряда в текущий момент времени, сравнивая суммарное значение тока и полную зарядную емкость.
[0004] Такая оценка уровня заряда по кривой SOC-OCV или по полной зарядной емкости требует, чтобы сохраненная кривая SOC-OCV или полная зарядная емкость точно указывали на состояние вторичной батареи в текущий момент времени для точной оценки уровня заряда. Однако, полная зарядная емкость вторичной батареи и характеристики изменения напряжения разомкнутой цепи относительно уровня заряда постепенно изменяются по мере вызванного старением ухудшения свойств вторичной батареи. Соответственно, для точной оценки уровня заряда необходимо оценить вызванное старением ухудшение свойств вторичной батареи и изменить кривую SOC-OCV и полную зарядную емкость, когда это необходимо по результату оценки.
[0005] Для оценки вызванного старением ухудшения свойств вторичной батареи, традиционно предлагаются различные технологии. Например, в японской патентной заявке №2015-121444 (JP 2015-121444 А) раскрывается технология, в которой полная зарядная емкость оценивается по значению напряжения разомкнутой цепи и суммарному значению тока. При этом в JP 2015-121444 А значение напряжения разомкнутой цепи регистрируют дважды в середине заряда вторичной батареи, и получают суммарное значение тока между точками регистрации. Затем по раскрытой технологии, SOC в момент измерений оценивают как первый SOC и второй SOC на основании напряжения разомкнутой цепи и значение, являющееся результатом деления суммарного значения тока на разницу первого SOC и второго SOC рассчитывается в качестве полной зарядной емкости.
[0006] В патенте Японии №5537236 раскрывается технология, которая предполагает оценку путем перебора трех параметров ухудшения, указывающих на характеристику напряжения разомкнутой цепи относительно полной зарядной емкости вторичной батареи. При этом в патенте Японии №5537236 измеренное значение характеристики напряжения разомкнутой цепи получают путем измерения значения напряжения разомкнутой цепи вторичной батареи и суммарного значения тока, а также ищутся три параметра ухудшения свойств, отвечающие измеренной характеристике напряжения разомкнутой цепи.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Как описано выше, в большинстве случаев в предшествующем уровне техники оценка вызванного старением ухудшения свойств вторичной батареи осуществляется на основании отношения между фактическим измеренным значением напряжения разомкнутой цепи и значением суммарного тока. К тому же, некоторые вторичные батареи имеют существенную область неоднозначности (гистерезис), в которой присутствует различие на определенную величину или более высокую величину в значении напряжения разомкнутой цепи по отношению к уровню заряда, между интервалом после непрерывного заряда и интервалом после непрерывного разряда, в диапазоне частичного уровня заряда. Например, для случая вторичной литий-ионной батареи с отрицательным электродом, активный материал которого содержит кремний (например, Si или SiO) и графит, известно, что между значением напряжения после непрерывного заряда и значением напряжения после непрерывного разряда существует разница, при одном значении SOC в области низких значений SOC. В соответствии с приведенным выше описанием, при оценке вызванного старением ухудшения свойств используется измеренное значение напряжения разомкнутой цепи, и, когда значения напряжения разомкнутой цепи получают при уровне заряда, при котором появляется гистерезис, трудно однозначно определить вызванное старением ухудшение свойств из значения напряжения разомкнутой цепи.
[0008] В связи с этим в настоящем описании изобретения раскрывается батарейная система и способ оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи, которые обеспечивают возможность простой и однозначной оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи, даже той, которая имеет существенный гистерезис в диапазоне частичного уровня заряда.
[0009] В качестве примера приводится вариант осуществления с батарейной системой, которая установлена на транспортное средство. Батарейная система содержит: батарею, выполненную с возможностью заряда и разряда, и установленную на транспортном средстве, диапазон уровня заряда батареи, включающий гистерезисную область и безгистерезисную область, гистерезисную область, представляющую собой диапазон уровня заряда батареи, в котором появляется существенный гистерезис, существенный гистерезис представляет собой область неоднозначности, в которой значения напряжения разомкнутой цепи по отношению к уровню заряда батареи после продолжительного заряда и продолжительного разряда отличаются друг от друга на определенную величину или более, безгистерезисную область, представляющую собой диапазон уровня заряда батареи, где существенный гистерезис не появляется; датчик напряжения, выполненный с возможностью измерения напряжения батареи в качестве измеренного значения напряжения; датчик тока, выполненный с возможностью измерять ток, протекающий через батарею, в качестве измеренного значения тока; и электронное управляющее устройство, выполненное с возможностью управления зарядом и разрядом батареи. Электронное управляющее устройство выполнено с возможностью оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи на основании значения напряжения разомкнутой цепи, рассчитываемого из измеренного значения напряжения и суммарного значения тока, рассчитанного из измеренного значения тока. Электронное управляющее устройство выполнено с возможностью оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи на основании значения напряжения разомкнутой цепи, рассчитываемого, когда уровень заряда батареи находится в безгистерезисной области.
[0010] В батарейной системе значение напряжения разомкнутой цепи и суммарное значение тока, используемые для оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи, получают, когда уровень заряда находится в безгистерезисной области. Это позволяет оценивать вызванное старением ухудшение свойств батареи без влияния существенного гистерезиса. В результате обеспечивается возможность простой и однозначной оценки вызванного старением ухудшения свойств.
[0011] Значение напряжения разомкнутой цепи может включать в себя полученные в безгистерезисной области первое значение напряжения разомкнутой цепи и второе значение напряжения разомкнутой цепи, а также суммарное значение тока, которое может получаться сложением измеренного значения тока во время того, как значение напряжения разомкнутой цепи изменяется на второе значение напряжения разомкнутой цепи, после того как значение напряжения разомкнутой цепи стало первым значением напряжения разомкнутой цепи, и электронное управляющее устройство может быть выполнено с возможностью оценки, в качестве характеристики, указывающей на вызванное старением ухудшение свойств, по меньшей мере, одного из значений полной зарядной емкости батареи в текущий момент времени, а также характеристики изменения значения напряжения разомкнутой цепи относительно уровня заряда, на основании первого значения напряжения разомкнутой цепи, второго значения напряжения разомкнутой цепи и суммарного значения тока.
[0012] Для оценки вызванного старением ухудшения свойств вторичной батареи используются полная зарядная емкость батареи и характеристика изменения значения напряжения разомкнутой цепи относительно уровня заряда. Оценивая значения, используемые для оценки уровня заряда возможно точно оценить уровень заряда батареи.
[0013] Батарейная система может дополнительно содержать зарядное устройство, выполненное с возможностью заряда батареи, когда транспортное средство остановлено. Электронное управляющее устройство может выполняться с возможностью временно останавливать заряд батареи зарядным устройством, когда уровень заряда батареи достигает первого уровня заряда или второго уровня заряда в безгистерезисной области в середине заряда батареи, и получать измеренное значение напряжения, определенное во время прекращения заряда, как из первого значения напряжения разомкнутой цепи, так и из второго значения напряжения разомкнутой цепи.
[0014] Приняв такую конфигурацию можно достоверно получать значение напряжения разомкнутой цепи и суммарное значение тока, используемые для оценки ухудшения свойств батареи, вызванного старением.
[0015] Электронное управляющее устройство может быть сконфигурировано так, чтобы получать два значения напряжения разомкнутой цепи, которые получаются в моменты, когда уровень заряда батареи находится в безгистерезисной области и значения напряжения разомкнутой цепи получают как первое значение напряжения разомкнутой цепи, так и второе значение напряжения разомкнутой цепи, при включенном питании транспортного средства.
[0016] Приняв такую конфигурацию, можно получать значение напряжения разомкнутой цепи и суммарное значение тока, используемые для оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи, даже при включенном питании транспортного средства.
[0017] Электронное управляющее устройство может выполняться с возможностью управлять зарядом и разрядом батареи таким образом, чтобы уровень заряда батареи переходил в безгистерезисную область, и получать первое значение напряжения разомкнутой цепи, второе значение напряжения разомкнутой цепи и суммарное значение тока, когда время, прошедшее после последней оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи больше или равно заданному опорному времени.
[0018] Приняв такую конфигурацию можно достоверно получать значение напряжения разомкнутой цепи и суммарное значение тока, используемые для оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи.
[0019] Электронное управляющее устройство может выполняться с возможностью: оценивать по меньшей мере характеристику изменения значения напряжения разомкнутой цепи относительно уровня заряда в качестве характеристики, указывающей на ухудшение свойств, вызванное старением; - на основании оцененной характеристики изменения значения напряжения разомкнутой цепи относительно уровня заряда оценивать относящийся к безгистерезисной области диапазон уровня заряда; и обновлять безгистерезисную область на основании оцененного диапазона уровня заряда.
[0020] Приняв такую конфигурацию можно постоянно получать безгистерезисную область, соответствующую состоянию батареи в текущий момент времени.
[0021] Электронное управляющее устройство может выполняться с возможностью обновлять уровень заряда во время получения значения напряжения разомкнутой цепи и суммарного значения тока, используемых для одной из оценок вызванного старением ухудшения свойств и диапазона уровня заряда, в сочетании с обновлением безгистерезисной области.
[0022] Приняв такую конфигурацию можно получать значения напряжения разомкнутой цепи и суммарного значения тока, которые используются для оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи в более подходящее время, при этом можно дополнительно повысить улучшить оценку для определения вызванного старением ухудшения свойств, и возможно добиваться осуществления оценки ухудшения свойств, вызванного старением, более надежно.
[0023] В качестве батареи может применяться вторичная литий-ионная батарея, активный материал отрицательного электрода которой содержит по меньшей мере кремний и графит, а диапазон уровня заряда безгистерезисной области может быть выше диапазона уровня заряда гистерезисной области.
[0024] Используя батарею таким образом можно повысить производительность.
[0025] В качестве батареи может применяться вторичная литий-ионная батарея, активный материал отрицательного электрода которой содержит по меньшей мере кремний и титанат лития, а диапазон уровня заряда безгистерезисной области может быть выше диапазона уровня заряда гистерезисной области.
[0026] В качестве примера варианта осуществления данного изобретения приводится способ оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи. Уровень заряда батареи имеет гистерезисную область и безгистерезисную область, причем гистерезисная область является диапазоном состояния заряда батареи, на котором появляется существенный гистерезис, и существенный гистерезис представляет собой область неоднозначности, в которой значения напряжения разомкнутой цепи по отношению к уровню заряда батареи после продолжительного заряда и продолжительного разряда отличаются друг от друга на определенную величину или более, безгистерезисная область представляет собой уровнь заряда, где существенный гистерезис не появляется. Батарейная система содержит электронное управляющее устройство. Способ оценки вызванного старением ухудшения свойств предусматривает: получение электронным управляющим устройством параметров, по которым рассчитываются значения напряжения разомкнутой цепи в двух точках и суммарное значение тока между двумя точками, когда уровень заряда батареи находится в безгистерезисной области, а также оценку электронным управляющим устройством вызванного старением ухудшения свойств батареи на основании полученных значений напряжения разомкнутой цепи и полученного суммарного значения тока.
[0027] В этом способе оценки ухудшения свойств батареи, вызванного старением, значение напряжения разомкнутой цепи и суммарное значение тока, используемые для оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи, получают, когда уровень заряда находится в безгистерезисной области. Это позволяет оценивать вызванное старением ухудшение свойств батареи без влияния существенного гистерезиса. В результате обеспечивается возможность простой и однозначной оценки вызванного старением ухудшения свойств.
[0028] В данной батарейной системе и способе оценки вызванного старением ухудшения свойств батарейной системы для раскрытой в настоящем описании батареи, значение напряжения разомкнутой цепи и суммарное значение тока, используемые для оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи, получают, когда уровень заряда находится в безгистерезисной области. Это позволяет оценивать вызванное старением ухудшение свойств батареи без влияния существенного гистерезиса. В результате обеспечивается возможность простой и однозначной оценки вызванного старением ухудшения свойств.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0029] Отличительные признаки, преимущества, техническая и промышленная значимость примеров осуществления настоящего изобретения раскрыты ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи, в которых одинаковые обозначения относятся к одинаковым элементам:
на фиг. 1 представлена схема транспортного средства 100 на электрической тяге, оборудованного батарейной системой;
на фиг. 2 приведен пример зависимости SOC-OCV («состояние заряда батареи - напряжение разомкнутой цепи»);
на фиг. 3 представлена блок-схема, показывающая пример алгоритма оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи;
на фиг. 4А представлена блок-схема с частью примера алгоритма сбора данных;
на фиг. 4В представлена блок-схема с частью примера алгоритма сбора данных;
на фиг. 5 представлена диаграмма, демонстрирующая пример функционирования алгоритма сбора параметров, согласно фиг. 4А и 4В.
на фиг. 6 представлена блок-схема другого примера алгоритма сбора данных;
на фиг. 7 представлена диаграмма, демонстрирующая пример функционирования алгоритма сбора параметров, согласно фиг. 6;
на фиг. 8А представлена блок-схема с частью другого примера алгоритма сбора данных;
на фиг. 8В представлена блок-схема с частью другого примера алгоритма сбора данных;
на фиг. 9 представлена диаграмма, демонстрирующая пример функционирования алгоритма сбора параметров, согласно фиг. 8А и 8В;
на фиг. 10 представлена блок-схема примера алгоритма оценки ухудшения свойств;
на фиг. 11 представлена блок-схема другого примера алгоритма оценки ухудшения свойств;
на фиг. 12 представлен график, показывающий изменение напряжения разомкнутой цепи по отношению к изменению уровня локального заряда в литий-ионной вторичной батарее;
на фиг. 13 представлен график, показывающий изменение потенциала положительного электрода в разомкнутой цепи, которое связано с уменьшением емкости положительного электрода, а также изменение потенциала отрицательного электрода в разомкнутой цепи, которое связано с уменьшением емкости отрицательного электрода;
на фиг. 14 представлен график, показывающий нечувствительность отклика состава между положительным и отрицательным электродами вторичной литий-ионной батареи.
на фиг. 15 представлен график, показывающий нечувствительность отклика состава, вызванную ухудшением свойств вторичной литий-ионной батареи;
на фиг. 16 представлен график, показывающий изменение (кривая напряжения разомкнутой цепи) напряжения разомкнутой цепи относительно емкости вторичной литий-ионной батареи;
на фиг. 17 представлен поясняющий график в отношении ошибки напряжения ΔV;
на фиг. 18 представлен график для описания изменения точки появления гистерезиса, связанного с ухудшением свойств вторичной литий-ионной батареи; и
на фиг. 19 представлена блок-схема примера алгоритма оценки безгистерезисной области.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0030] Ниже приводится раскрытие конфигурации батарейной системы 10 со ссылкой на иллюстрации.
[0031] Фигура 1 представляет собой схематичную конфигурацию транспортного средства 100 на электрической тяге, оборудованного батарейной системой 10. Транспортное средство 100 на электрической тяге является гибридным транспортным средством, содержащим две вращающиеся электрические машины MG1 и MG2 и один двигатель 104, служащие в качестве источников динамической мощности. Батарейная система 10, раскрытая в данном описании может устанавливаться на транспортное средство на электрической тяге другого типа. Например, батарейная система 10 может устанавливаться на транспортное средство на электрической тяге, содержащее в качестве динамического источника мощности только электрическую машину.
[0032] Двигатель 104 соединен с механизмом 106 распределения динамической мощности, содержащим планетарный редуктор и т.п. Планетарный редуктор разделяет и передает динамическую мощность двигателя 104 на ведущее колесо 108 и первую вращающуюся электрическую машину MG1. Каждая из двух вращающихся электрических машин MG1 и MG2 функционирует в качестве электрического двигателя, а также электрического генератора. Выходной вал второй электрической машины MG2 соединен с ведущим колесом 108. Вторая вращающаяся электрическая машина MG2 служит главным образом в качестве электрического двигателя и передает крутящий момент на ведущее колесо 108, когда транспортное средство перемещается. При торможении транспортного средства вторая вращающаяся электрическая машина MG2 работает в качестве генератора, производящего электрический ток, используя энергию торможения. Первая вращающаяся электрическая машина MG1 функционирует главным образом в качестве электрического генератора. Первая вращающаяся электрическая машина MG1, соединенная с механизмом 106 распределения динамической мощности, принимает избыточную мощность двигателя 104 и генерирует электричество. Первый вращающийся электрический двигатель MG1 дополнительно служит в качестве стартера, запускающего двигатель 104. Поскольку, описываемое в настоящем раскрытии изобретения, транспортное средство 100 на электрической тяге содержит двигатель 104, то оно может обеспечивать заряд батареи 12, используя избыточную динамическую мощность двигателя 104, даже при движении. К тому же, вместо двигателя может устанавливаться топливный элемент и т.п.
[0033] Инвертор 102 преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока и мощность переменного тока в мощность постоянного тока. В частности инвертор 102 преобразует мощность постоянного тока от описанной ниже батареи 12 в мощность переменного тока, а также передает мощность переменного тока на первую и вторую вращающиеся электрические машины MG1 и MG2, приводимые как электрические двигатели. Инвертор 102 также преобразует мощность переменного тока, создаваемую первой и второй вращающимся машинами MG1 и MG2, приводимыми в качестве электрических генераторов, в мощность постоянного тока, и передает мощность постоянного тока на батарею 12. Между инвертором 102 и батареей 12 может устанавливаться трансформатор для повышения или понижения электрической мощности. Приводы инвертора 102, в частности, вращающиеся электрические машины MG1 и MG2 и т.п. управляются управляющим устройством 14.
[0034] Батарейная система 10 содержит батарею 12, которая может заряжаться и разряжаться. Батарея 12 является вторичной батареей, передающей электрическую энергию для привода вращающихся электрических машин MG1 и MG2, и сохраняющей электрическую энергию, генерируемую посредством вращающихся электрических машин MG1 и MG2. Батарея 12 содержит множество последовательно или параллельно подключаемых электрических элементов. К использованию в качестве батареи 12 допускаются различные типы батарей. В данном варианте осуществления изобретения применяется литий-ионная батарея, в которой используется комплекс, содержащий кремний и графит, качестве активного вещества отрицательного электрода. Когда в качестве активного вещества отрицательного электрода применяется комплекс, содержащий кремний и графит, батарея 12 в характеристике изменения значения напряжения Vo разомкнутой цепи относительно уровня заряда Cb частично имеет выраженный гистерезис. Это будет описано ниже. Уровень заряда Cb - это значение (%), полученное умножением отношения зарядной емкости в текущий момент времени к полной зарядной емкости FCC (FCC - full charge capacity) батареи 12 на 100%, при этом данное значение обычно называют состоянием заряда SOC (SOC - state-of-charge).
[0035] Для определения состояния батареи 12 батарейная система 10 оснащается датчиком 20 тока, датчиком 22 напряжения, датчиком 24 температуры и т.п. Датчик 20 тока (детектор тока) регистрирует значение тока, поступающего к батарее 12, или подаваемого от нее. Зарегистрированное значение тока подается на вход устройства 14 управления как измеренное значение тока Ib. Датчик 22 напряжения (детектор напряжения) регистрирует значение напряжения между клеммами батареи 12. Измеренное значение напряжения посылается на вход управляющего устройства 14 (электронного управляющего устройства) как измеренное значение напряжения Vb. Как правило, батарея 12 представляет собой собранную батарею, имеющую множество последовательно или параллельно подключенных ячеек. Поэтому датчиком 22 напряжения может оснащаться каждая ячейка или каждый блок, составленный из множества ячеек. Для всей собранной батареи может быть предусмотрен только один датчик 22 напряжения. Датчик 24 температуры определяет температуру батареи 12. Измеренная температура подается на управляющее устройство 14, как температура Tb батареи. Конфигурацией может быть предусмотрен один датчик 24 температуры или множество датчиков 24 температуры. Когда применяется множество датчиков 22 напряжения или датчиков 24 температуры, в качестве измеренного значения напряжения Vb или температуры Tb может быть получено статистически обработанное значение измеренных значений от множества датчиков 22 напряжения или датчиков 24 температуры, например среднее значение, максимальное значение, минимальное значение и т.п.
[0036] Батарейная система 10 также содержит зарядное устройство 16 и разъем 18 для внешней заряда батареи 12. Внешний заряд - это заряд батареи 12 электрической энергией от источника внешнего питания (например, от коммерческого источника питания), предусмотренного снаружи транспортного средства 100 на электрической тяге. Разъем 18 может подключаться к разъему (называемому разъемом для заряда) внешнего источника питания. Зарядное устройство 16 преобразует электрическую мощность (мощность переменного тока) от внешнего источника, подаваемую через разъем 18, в мощность постоянного тока, и подает постоянный ток на батарею 12. Батарейная система 10 может содержать механизм для заряда, отличающийся от механизма для заряда от внешнего источника питания, при условии, что батарея 12 может заряжаться при остановленном транспортном средстве 100. Например, для заряда от внешнего источника батарейная система 10 может содержать солнечную панель и т.п., производящую электричество из солнечного света, взамен или в дополнение к зарядному устройству 16 и т.п. В некоторых ситуациях нет необходимости в том, чтобы батарейная система 10 содержала зарядный механизм для заряда батареи 12, когда транспортное средство 100 остановлено.
[0037] Электронное управляющее устройство 14 управляет приводами источников энергии, таких как вращающиеся электрические машины MG1 и MG2, двигатель 104 и т.п., а также зарядом и разрядом батареи 12. Управляющее устройство 14 содержит сенсорный интерфейс 26, память 28, ЦПУ 30 и т.п. Сенсорный интерфейс 26 подключается к соответствующим датчикам 20, 22, 24. Сенсорный интерфейс 26 направляет управляющие сигналы к соответствующим датчикам 20, 22, 24 и преобразует принимаемые данные от соответствующих датчиков 20, 22, 24 в сигнал подходящего формата для обработки в ЦПУ 30. Память 28 хранит различные параметры управления и различные программы. ЦПУ 30 выполняет различную обработку информации и расчеты. Сенсорный интерфейс 26, ЦПУ 30 и память 28 подключаются друг к другу через шину данных. На фиг. 1, управляющее устройство 14 изображено в виде одного блока, но управляющее устройство 14 может быть составлено множеством устройств (множеством ЦПУ 30, множеством модулей 28 памяти и т.п.). Некоторые функции управляющего устройства 14 могут быть реализованы на внешнем устройстве, предусмотренном снаружи транспортного средства и могут сообщаться с управляющим устройством транспортного средства посредством беспроводной связи.
[0038] Управляющее устройство 14 управляет зарядом и разрядом батареи 12 таким образом, чтобы уровень заряда Cb батареи 12 не выходил за верхний и нижний пределы. Для такого управления управляющее устройство 14 периодически оценивает и контролирует уровень заряда Cb батареи 12. Управляющее устройство 14 оценивает уровень Cb заряда на основании значения напряжения Vo разомкнутой цепи батареи 12 или на основе суммарного значения тока ΔAh. Суммарное значение тока ΔAh является значением суммарного тока, поступившего или переданного от батареи 12, и обычно рассчитывается по уравнению ΔAh=Σ(Ib×Δt)/3600 с периодом выборки измеренного значения тока Ib равным Δt. В данном случае, когда батарея применяется таким образом, чтобы преобладал заряд, ΔAh является повышающим емкость батареи значением (увеличивает SOC). Когда батарея используется таким образом, чтобы преобладал разряд, ΔAh является уменьшающим емкость батареи значением (уменьшает SOC).
[0039] Оценка уровня заряда Cb будет раскрыта отдельно. В памяти 28 хранятся данные по полной зарядной емкости FCC батареи 12 и кривая SOC-OCV. Кривая SOC-OCV представляет собой кривую, изображающую изменение значения напряжения Vo разомкнутой цепи по отношению к уровню заряда Cb батареи 12. Фиг. 2 представляет собой пример кривой SOC-OCV. Управляющее устройство 14 оценивает уровень заряда Cb, сверяя значение напряжения Vo разомкнутой цепи батареи 12 с кривой SOC-OCV. Значение напряжения Vo разомкнутой цепи является напряжением между клеммами батареи 12 в состоянии, когда батарея 12 не поляризована (состояние релаксации). Используемое в различных расчетах значение напряжения Vo разомкнутой цепи может быть как измеренным значением, так и оцененным значением. Соответственно, при остановке заряда и разряда батареи 12 на определенный промежуток времени и при отсутствии поляризованности, измеренное датчиком 22 значение напряжения Vb может обрабатываться в качестве значения напряжения Vo разомкнутой цепи. Дополнительно, даже при наличии поляризации, если протекающий через батарею 12 ток очень низкий и компонента поляризации может быть измерена с высокой точностью, в качестве значения напряжения Vo разомкнутой цепи с учетом влияния поляризации может обрабатываться значение, получившееся после корректировки измеренного датчиком 22 значения напряжения Vb.
[0040] Другой способ предусматривает оценку управляющим устройством 14 уровня заряда Cb в текущий момент времени с расчетом величины изменения ΔCb уровня заряда Cb из суммарного текущего значения тока ΔAh и прибавлением величины изменения ΔCb к уровню заряда Cb в последний момент времени. Величина изменения ΔCb уровня заряда Cb является отношением суммарного значения тока ΔAh к полной зарядной емкости FCC и рассчитывается по уравнению ΔCb=(ΔAh/FCC)×100.
[0041] Как видно из приведенного выше описания, при оценке уровня заряда Cb управляющее устройство 14 ссылается на кривую SOC-OCV или полную зарядную емкость FCC. Соответственно для точного расчета уровня заряда Cb в текущий момент времени, кривая SOC-OCV или данные по полной зарядной емкости FCC, хранящиеся в памяти 28, должны точно указывать состояние батареи 12 в текущий момент времени. Кривая SOC-OCV или полная зарядная емкость FCC постепенно изменяются по мере ухудшения характеристик батареи 12, связанного со старением. Поэтому для точной оценки изменения уровня напряжения Cb в текущий момент времени, необходимо оценить связанное со старением ухудшение свойств батареи 12, а также, при необходимости, изменить и дополнить данные кривой SOC-OCV или полной зарядной емкости FCC, которые хранятся в памяти 28. Таким образом, при необходимости, управляющее устройство 14 оценивает связанное со старением ухудшение свойств батареи 12. Ниже подробно будет описана оценка вызванного старением ухудшения свойств батареи 12.
[0042] Обычно, вызванное старением ухудшение свойств батареи 12 оценивается по значениям напряжения Vo разомкнутой цепи на множестве удаленных друг от друга точек, а также по суммарному значению тока ΔAh на множестве точек. В соответствии с вышеуказанным описанием в варианте осуществления изобретения для батареи 12 кривая SOC-OCV частично имеет существенный гистерезис. Далее приводится раскрытие этого со ссылкой на фиг. 2. Фиг. 2 представляет собой график с примером кривой SOC-OCV батареи 12. На фиг. 2, на оси абсцисс отложен уровень заряда Cb (SOC), а на оси ординат - значение напряжения Vo разомкнутой цепи. При этом на фиг. 2, сплошная линия является кривой SOC-OCV, полученной в процессе заряда батареи 12 после полного разряда батареи 12. Иными словами, сплошная линия является кривой SOC-OCV после непрерывного заряда. Далее эта кривая называется «OCV заряда» или «OCV_ch». Штрихпунктирная линия - это кривая SOC-OCV, полученная в процессе разряда батареи 12 после полного заряда батареи 12. Иными словами, штрихпунктирная линия является кривой SOC-OCV после непрерывного разряда. Далее эта кривая называется «OCV разряда» или «OCV_dis».
[0043] Как видно из фиг. 2, в области с высоким SOC, в которой уровень заряда Cb относительно высокий, между OCV_ch и OCV_dis имеются небольшие различия, и отсутствует существенный гистерезис. С другой стороны, в области с низким SOC, где уровень заряда Сb относительно низкий, в определенной степени или более выражено наблюдается различие между OCV_dis и OCV_ch и присутствует существенный гистерезис. Далее область без присутствия существенного гистерезиса называется «безгистерезисная область». Далее область с присутствием существенного гистерезиса называется «гистерезисная область». Также, уровень заряда на границе между безгистерезисной и гистерезисной областями будет называться граничный уровень заряда Cb_b. Если Vch[n] - определенное по OCV_ch напряжение, когда уровень заряда Cb=n, Vdis[n] - напряжение, определенное по OCV_dis, когда уровень заряда Cb=n и ΔVdef - заданный порог, то безгистерезисная область, это та область, в которой удовлетворяется (|Vch[n] - Vdis[n]|<ΔVdef), а гистерезисная область - это та область, в которой удовлетворяется (|Vch[n] - Vdis[n]|≥ΔVdef).
[0044] В безгистерезисной области, можно полагать, что уровень заряда Cb после непрерывного разряда и уровень заряда Cb после непрерывного заряда равны, при равных значениях напряжения Vo разомкнутой цепи. Иными словами, можно утверждать, что значение напряжения Vo разомкнутой цепи, полученное в безгистерезисной области указывает на состояние батареи 12. С другой стороны, в гистерезисной области уровень заряда Cb после непрерывного разряда и уровень заряда Cb после непрерывного заряда различаются, даже при равных значениях напряжения Vo разомкнутой цепи. Например, когда значение напряжения разомкнутой цепи Vo=Va, уровень заряда Cb после непрерывного разряда соответствует Со, и уровень заряда Cb после непрерывного заряда соответствует Ci. Также, когда заряд и разряд повторяются попеременно, уровень заряда Cb иногда принимает значение между Со и Ci, даже в случае, когда значение напряжения разомкнутой цепи Vo=Va. Соответственно, полученное в гистерезисной области значение напряжения Vo разомкнутой цепи не может однозначно указать состояние батареи 12.
[0045] В случае использования значения напряжения Vo разомкнутой цепи, которое не указывает на состояние батареи 12 однозначно, соответственно, трудно однозначно определить вызванное старением ухудшение свойств батареи 12. В связи с этим, для решения данной проблемы и простого и однозначного определения вызванного старением ухудшения свойств, раскрытая в описании, батарейная система 10 оценивает ухудшение свойств по значению напряжения Vo разомкнутой цепи и суммарному значению тока ΔAh, полученными только в безгистерезисной области.
[0046] Фиг. 3 представляет собой блок-схему, демонстрирующую самым общим образом алгоритм оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи 12. Управляющее устройство 14 оценивает вызванное старением ухудшение свойств, выполняя показанный на фиг. 3 алгоритм, периодически или с определенными интервалами.
12
12
[0047] Процесс оценки вызванного старением ухудшения свойств грубо делится на алгоритм (S10) сбора данных и алгоритм (S20) оценки ухудшения свойств. Алгоритм сбора данных предусматривает получение управляющим устройством 14 в безгистерезисной области первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи и второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи, а также суммарного значения тока ΔAh, полученного суммированием измеренного значения тока Ib, пока значение напряжения Vo разомкнутой цепи изменяется на второе значение напряжения Vo разомкнутой цепи после того, как значение напряжения Vo разомкнутой цепи стало первым значением напряжения Vo1 разомкнутой цепи. Первое значение напряжения Vo1 разомкнутой цепи и второе значение Vo2 разомкнутой цепи не имеют конкретных ограничений при условии, что первое значение напряжения Vo1 разомкнутой цепи и второе значение напряжения Vo2 разомкнутой цепи получены при нахождении уровня заряда Cb в безгистерезисной области (Cb_b≤Cb≤100). Однако, принимая во внимание оценку ухудшения свойств батареи 12 предпочтительно, чтобы первое значение напряжения Vo1 и второе значение напряжения Vo2 отличались друг от друга до некоторой степени. В любом случае, можно сказать, что первое и второе значения напряжения (Vo1 и Vo2) разомкнутой цепи и суммарное значение тока ΔAh, полученные на безгистерезисной области являются однозначно определяющими состояние батареи 12 в текущий момент времени.
[0048] Алгоритм (S20) оценки ухудшения свойств предусматривает оценку управляющим устройством 14 вызванное старением ухудшение свойств батареи 12 с параметрами, полученными в процессе выполнения алгоритма (S10) сбора параметров. В частности, управляющее устройство, используя полученные параметры, оценивает, по меньшей мере, значение полной зарядной емкости FCC батареи 12 в текущий момент времени и кривую SOC-OCV. В качестве способа оценки возможно применять различные способы. Подробное раскрытие этого приводится ниже. Для однозначной оценки состояния батареи 12 в текущий момент времени без влияния гистерезиса возможен любой способ оценки, при котором используются параметры, полученные в безгистерезисной области.
12
[0049] Далее описывается конкретный пример алгоритма сбора данных. Фиг. 4А и 4В представляют собой блок-схемы с примером алгоритма сбора данных. В примере, показанном на фиг. 4А и 4В, первое и второе значения напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи и суммарное значение тока ΔAhполучают во время заряда батареи 12 от внешнего источника. В примере, показанном на фиг. 4А и 4В, для получения параметров, первое значение уровня заряда Cb1 и второе значение уровня заряда Cb2 предварительно сохранены в памяти 28.
[0050] Первое значение уровня заряда Cb1 и второе значение уровня заряда Cb2 принадлежат безгистерезисной области и существенно отличаются друг от друга (см. фиг. 2). Первое и второе значение уровней заряда Cb1 и Cb2 могут быть постоянными или переменными значениями. В настоящем примере безгистерезисная область и граничный уровень заряда Cb_b изменяются по мере вызванного старением ухудшения свойств батареи 12. Соответственно, когда первый и второй уровни заряда Cb1 и Cb2 являются постоянными значениями, первое и второе значение уровней заряда Cb1 и Cb2 устанавливаются на такую величину, чтобы они оставались в безгистерезисной области, даже когда она увеличивается или уменьшается по мере вызванного старением ухудшения свойств батареи 12. В случае, когда первое и второе значения уровней заряда Cb1 и Cb2 являются переменными значениями, первое и второе значения уровней заряда Cb1 и Cb2 могут изменяться в зависимости от увеличения или уменьшения безгистерезисной области по мере вызванного старением ухудшения свойств батареи 12.
[0051] В примерах, показанных на фиг. 4А и 4В, как было описано ранее, в алгоритме сбора параметров, управляющее устройство 14 получает параметры во время заряда от внешнего источника и, следовательно, контролирует наличие команды на внешний заряд (S110). При наличии команды на внешний заряд управляющее устройство 14 начинает заряд от внешнего источника (S112).
[0052] В процессе заряда от внешнего источника управляющее устройство 14 проверяет (S114), достиг ли уровень заряда Cb первого уровня заряда (Cb1), хранящегося в памяти 28. В данном случае уровень заряда Cb в текущий момент времени оценивается по значению Vo напряжения разомкнутой цепи или суммарного значения тока ΔAh. При заряде от внешнего источника, измеренное значение напряжения Vb включает в себя компоненту поляризации и, следовательно, для оценки значения напряжения Vo разомкнутой цепи надо вычесть компоненту поляризации из измеренного значения напряжения Vb. Вместе с тем, на область с низким SOC (гистерезисная область) влияет гистерезис. Соответственно, трудно однозначно установить уровень заряда Cb по значению напряжения Vo разомкнутой цепи без учета истории процессов заряда и разряда в прошлом. Следовательно, в гистерезисной области предпочтительно, чтобы уровень заряда Cb оценивался в предустановленный период, в основном по суммарному значению тока ΔAh, как в процессе заряда от внешнего источника, так и в процессе движения.
[0053] Когда уровень заряда Cb достигает первого значения уровня заряда Cb1, управляющее устройство 14 останавливает заряд (S166) от внешнего источника питания. Во время остановки управляющее устройство 14 проверяет, на предварительно заданном периоде, прекратилась ли поляризация (S118). Когда в результате проверки определяется, что поляризация прекратилась, управляющее устройство 14 измеряет зарегистрированное значение напряжения Vb в этот момент времени как первое значение напряжения Vo1 разомкнутой цепи (S120).
12
12
[0054] После получения первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи, управляющее устройство 14 повторно включает заряд от внешнего источника (S122). Дополнительно, управляющее устройство 14 начинает подсчет суммарного значения тока ΔAh (S124). Управляющее устройство 14 выполняет заряд от внешнего источника до того, как уровень заряда Cb не достигнет второго уровня заряда Cb2, хранящегося в памяти 28 (до определения логического элемента «Да» на шаге S126). Когда уровень заряда Cb достигает второго значения уровня заряда Cb2, управляющее устройство 14 останавливает заряд и ожидает пока не будет устранена поляризация (S128). Когда поляризация устраняется (логический элемент «Да» в шаге S130), управляющее устройство 14 измеряет детектируемое значение напряжения Vb в момент времени как второе значение напряжения Vo2 разомкнутой цепи (S130). Дополнительно, управляющее устройство 14 получает значение суммарного тока ΔAh с момента измерения первого значения напряжения Vo1 и до момента измерения второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи (S124, S133).
[0055] После получения второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи управляющее устройство 14 повторно включает заряд от внешнего источника (S134). Затем, когда уровень заряда Cb достигает заданного целевого уровня заряда (например, 90%), управляющее устройство 14 определяет завершение заряда (S136), и заканчивает заряд от внешнего источника (S138). Этим завершается алгоритм сбора данных. Причем когда целевой уровень заряда лежит в безгистерезисной области целевой уровень заряда может быть установлен как второй уровень заряда Cb2. В данном случае, так как заряд прекращается на шаге S133, шаги S134 и S136 не применяются.
[0056] ФИГ. 5 представляет собой схему, показывающую примерную схему алгоритма сбора параметров. На фиг. 5 по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат - уровень заряда Cb. На фиг. 5, когда заряд от внешнего источника начинается в момент времени t1, уровень заряда Cb постепенно увеличивается. Затем, когда уровень заряда Cb достигает первого значения уровня заряда Cb1 в момент времени t2, управляющее устройство 14 останавливает заряд от внешнего источника питания. В результате, продолжается период, когда заряд и разряд не выполняются. Продолжение периода остановки заряда-разряда приводит к постепенному устранению поляризации батареи 12. Затем, когда влияние поляризации прекращается в момент времени t3, управляющее устройство 14 получает значение напряжения Vb, определенное в момент времени t3, в качестве первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи.
12
[0057] После получения первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи управляющее устройство 14 перезапускает заряд от внешнего источника. При заряде от внешнего источника уровень заряда Cb постепенно увеличивается. Затем, когда уровень заряда Cb достигает второго значения уровня заряда Cb2 в момент времени t4, управляющее устройство 14 останавливает заряд от внешнего источника питания и переходит в режим ожидания. Затем, когда воздействие поляризации прекращается, управляющее устройство 14 получает значение напряжения Vb, определенное в момент времени t5, как второе значение напряжения Vo2 разомкнутой цепи. Дополнительно, управляющее устройство 14 получает значение суммарное тока Ib, определенного на отрезке времени с момента времени t3 по момент времени t5, в качестве интегрального значения тока ΔAh. После получения второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи управляющее устройство 14 запускает заряд от внешнего источника. Затем, когда уровень заряда Cb достигает целевого уровня заряда в момент времени t6, управляющее устройство 14 останавливает заряд от внешнего источника питания.
12
12
[0058] Как видно из приведенного выше описания, в алгоритме сбора параметров значения напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи и значение суммарного тока ΔAh получают в безгистерезисной области. Другими словами можно сказать, что значения напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи и значение суммарного тока ΔAh являются значениями, на которые гистерезис не влияет. Путем оценки вызванного старением ухудшения свойств на основании данных значений возможно просто и точно оценить вызванное старением ухудшение свойств. Таким образом, алгоритм сбора данных, показанный на фиг. 4А и 4В, предполагает применение заряда от внешнего источника, но также может быть осуществлен другой тип заряда при условии, что батарея 12 может заряжаться, когда транспортное средство остановлено. Например, батарея 12 может заряжаться электрической энергией, генерируемой солнечной панелью.
12
[0059] Далее описывается другой пример алгоритма сбора данных. Фиг. 6 представляет собой блок-схему с примером алгоритма сбора данных. В примере, показанном на фиг. 6, когда транспортное средство движется после завершения заряда от внешнего источника, первое и второе значения напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи и суммарное значение тока ΔAhполучают в период времени, когда уровень заряда Cb уменьшается. То есть, как правило, в транспортном средстве 100 на электрической тяге, при необходимости, электрическая мощность, генерируемая вращающимися электрическими машинами MG1 и MG2, сохраняется или подается к вращающимся электрическим машинам MG1 и MG2 для приведения вращающихся машин MG1 и MG2 в действие. Поэтому уровень заряда Cb батареи 12 поддерживается на промежуточном значении Cb_с (например, около 30%), то есть на относительно низком уровне и в пределах гистерезисной области. Соответственно, когда транспортное средство приводится в движение после завершения заряда от внешнего источника, управляющее устройство 14 уменьшает уровень заряда Cb батареи 12 до приблизительно равного промежуточному значению Cb_с уровня. В примере, показанном на фиг. 6, необходимые для оценки вызванного старением ухудшения параметры получают во время того как уровень заряда Cb уменьшается с полного уровня заряда.
12
12
12
12
12
[0060] В примере, показанном на фиг. 6, для получения параметров, опорное суммарное значение тока ΔAhdef и опорное значение прошедшего времени tdef предварительно сохранены. На блок-схеме на фиг. 6, для оценки ухудшения свойств получают первое и второе значения напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи. Для обеспечения точности оценки ухудшения свойств предпочтительно, чтобы абсолютное значение |ΔAh| суммарного значения тока между получением первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи и получением второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи было высоким значением, в известной степени. Опорное значение суммарного тока ΔAhdef имеет амплитуду абсолютного значения |ΔAh| суммарного значения тока, необходимого для сохранения точности оценки ухудшения свойств. При слишком длинном отрезке истекшего времени t, на которое приходится получение первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи, второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи, суммарная составляющая погрешности, входящая в значение суммарного тока ΔAh, может увеличиться ввиду влияния погрешностей датчика и может привести к уменьшению точности оценки ухудшения свойств. Опорное истекшее время tdef является временем, в течение которого суммарная погрешность значения суммарного тока ΔAh уменьшается до определенного значения или ниже. Опорное значение суммарного тока ΔAhdef и опорное время tdef могут быть постоянными или переменными значениями в зависимости от степени ухудшения свойств батареи 12, датчика 20 тока, окружающей температуры и т.п.
[0061] Показанный на фиг. 6 алгоритм сбора данных, начинается когда заряд батареи 12 от внешнего источника завершен. После завершения заряда от внешнего источника, управляющее устройство 14 контролирует, является ли значение напряжения Vo разомкнутой цепи получаемым (S140). При этом, состояние, когда значение напряжения Vo разомкнутой цепи является получаемым, включает в себя состояние устранения поляризованности батареи 12 и состояние, когда зарегистрированное значение напряжения Vb само по себе может обрабатываться как значение напряжения Vo разомкнутой цепи. Например, можно сказать, что после завершения заряда от внешнего источника, значение напряжения Vo разомкнутой цепи является получаемым, непосредственно после включения транспортного средства, то есть непосредственно после включения зажигания. Кроме того, состояние, когда значение напряжения Vo разомкнутой цепи является получаемым, включает в себя состояние, когда компонента поляризации может быть точно оценена, хотя через батарею 12 протекает очень слабый ток. В таком случае управляющее устройство 14 получает значение, являющееся результатом корректировки зарегистрированного значения напряжения Vb с учетом влияния оцененной компоненты поляризации в качестве значения напряжения Vo разомкнутой цепи в этот момент времени. Например, даже при перемещении транспортного средства можно сказать, что значение напряжения Vo разомкнутой цепи является получаемым в период времени, когда транспортное средство временно остановлено на светофоре, а также в период времени, когда транспортное средство перемещается только с помощью двигателя 104 (период времени, когда вращающиеся электрические машины MG1 и MG2 не приводятся в действие).
[0062] Когда управляющее устройство 14 определяет, что значение напряжения Vo разомкнутой цепи является получаемым, управляющее устройство 14 выполняет проверку, находится ли уровень заряда Cb в момент времени в безгистерезисной области (S142). Уровень заряда Cb в таком случае может быть оценен главным образом на основании значения напряжения Vo разомкнутой цепи или главным образом на основании суммарного значения тока ΔAh. В случае, когда уровень заряда Cb не находится в безгистерезисной области, управляющее устройство 14 возвращается на шаг S140. С другой стороны, в случае, когда уровень заряда Cb находится в безгистерезисной области, управляющее устройство 14 получает значение напряжения Vo разомкнутой цепи в текущий момент времени в качестве первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи (S144).
12
12
12
12
12
12
12
12
[0063] После получения первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи, управляющее устройство 14 начинает расчет суммарного значения тока ΔAh и запускает счетчик истекшего времени t (S146). После этого управляющее устройство 14 сравнивает истекшее время t с опорным истекшим временем tdef (S148). Когда по результату сравнения (в шаге S148) истекшее время t превышает опорное истекшее время tdef (логический элемент «Нет» в шаге S148) управляющее устройство 14 устанавливает, что суммарная погрешность тока превышает конкретное значение. В таком случае управляющее устройство 14 возвращается на шаг S140 и заново приступает к получению первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи. С другой стороны, когда истекшее время t меньше или равно опорному истекшему времени tdef (логический элемент «Да» на шаге S148), управляющее устройство 14, сравнивает суммарное значение тока ΔAh с опорным суммарным значением тока ΔAhdef (S150). Когда результат сравнения показывает, что |ΔAh|<ΔAhdef (логический элемент «Нет» на шаге S150) управляющее устройство 14 возвращается на шаг S148. С другой стороны, когда |ΔAh|≥ΔAhdef (логический элемент «Да» на шаге S150) управляющее устройство 14 проверяет, является ли значение напряжения Vo разомкнутой цепи получаемым и находится ли уровень заряда Cb в текущий момент времени в безгистерезисной области (S152, S154). В случае если в результате проверки по меньшей мере одно условие не удовлетворяется (логический элемент «Нет» на шаге S152 или логический элемент «Нет» на шаге S154) управляющее устройство 14 возвращается на шаг S148. С другой стороны, когда значение напряжения Vo является получаемым и уровень заряда Cb находится в безгистерезисной области (логический элемент «Да» на шаге S152 или логический элемент «Да» на шаге S154), управляющее устройство 14 получает значение напряжения Vo разомкнутой цепи в текущий момент времени в качестве второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи (S156).
12
12
12
12
12
12
[0064] В момент времени после получения второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи управляющее устройство 14 заканчивает расчет суммарного значения тока ΔAh и запускает счетчик истекшего времени t (S158). Таким образом, алгоритм сбора данных завершается. В примере, приведенном на фиг. 6, при получении значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи контролируются суммарное значение тока ΔAh и истекшее время t, но при этом может исключаться контроль суммарного значения тока ΔAh и истекшего времени t. То есть на фиг. 6 можно исключить шаги S148 и S150.
12
12
[0065] Фиг. 7 представляет собой диаграмму, демонстрирующую пример функционирования алгоритма сбора параметров. На фиг. 7 по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат - уровень заряда Cb. В примере фиг. 7 опорное истекшее время tdef существенно больше отрезка времени с t1 по t5. Типовое выполнение алгоритма по фиг. 7 начинается в состоянии, когда уровень заряда Cb батареи 12 находится на уровне близком к полному (например, 90%), после завершения заряда батареи 12 от внешнего источника. В момент времени t1 транспортное средство 100 на электрической тяге включается, и управляющее устройство 14 начинает выполнение алгоритма на фиг. 6. Непосредственно после включения транспортного средства 100 на электрической тяге исчезает поляризация батареи 12 и можно утверждать, что значение напряжения Vo разомкнутой цепи является получаемым. Соответственно, управляющее устройство 14 получает детектируемое значение напряжения Vb в качестве первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи в момент времени t1 непосредственно после включения транспортного средства 100 на электрической тяге. Затем, управляющее устройство 14 начинает подсчет значения суммарного тока ΔAh и запускает счетчик истекшего времени t.
12
[0066] После этого, управляющее устройство 14 управляет зарядом и разрядом батареи 12 таким образом, чтобы разряд превалировал (например, при перемещении транспортного средства на электрической тяге), пока уровень заряда Cb не достигнет заданного промежуточного значения Cb_с (например, около 30%). Таким образом, предположим, что на отрезке времени с t2 по t3 транспортное средство, например, остановлено на светофоре, при этом величина заряда и разряда батареи 12 уменьшается при продолжающемся состоянии низкой нагрузки. В таком случае предусмотрена возможность для получения значения напряжения Vo разомкнутой цепи в момент времени t3 с удалением поляризационной составляющей из зарегистрированного значения напряжения Vb. Однако, в момент времени t3, абсолютное значение |ΔAh| суммарного тока меньше чем опорное значение суммарное тока ΔAhdef и следовательно управляющее устройство 14 продолжает процесс получения второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи.
12
12
[0067] Затем, предположим, что на отрезке времени с t4 по t5, транспортное средство, например, снова остановлено на светофоре, при этом величина заряда и разряда батареи 12 уменьшается при продолжающемся состоянии низкой нагрузки. В таком случае предусмотрена возможность получения значения напряжения Vo разомкнутой цепи в момент времени t5 с удалением поляризационной составляющей из зарегистрированного значения напряжения Vb. Также предположим, что в момент времени t5, абсолютное значение |ΔAh| суммарного значения тока превышает опорное значение тока ΔAhdef, причем истекшее время t меньше опорного истекшего времени tdef, а уровень заряда Cb лежит в безгистерезисной области. В этом случае управляющее устройство 14 получает значение напряжения Vo разомкнутой цепи в качестве второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи в момент времени t5 и завершает алгоритм сбора параметров.
12
12
[0068] Также из вышесказанного очевидно, что в показанном на фиг. 6 алгоритме сбора параметров первое и второе значения напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи и суммарное значение тока ΔAh получают в безгистерезисной области. Другими словами можно сказать, что значения напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи и суммарное значение тока ΔAhявляются значениями, на которые гистерезис не влияет. Путем оценки вызванного старением ухудшения свойств на основании данных значений возможно просто и точно оценить вызванное старением ухудшение свойств материала.
[0069] Далее описывается другой пример алгоритма сбора данных со ссылкой на фиг. 8А и 8В. Фиг. 8А и 8В представляют собой блок-схему, показывающую другой пример алгоритма сбора данных. В примере, показанном на фиг. 8А и 8В, время получения параметров устанавливается принудительно управлением зарядом и разрядом батареи 12. То есть, как описывалось ранее, в транспортном средстве 100 на электрической тяге обычно уровень заряда Cb батареи 12 поддерживается на промежуточном значении Cb_с (например, около 30%), или иными словами, на относительно низком уровне и в пределах гистерезисной области. При длительном нахождении в данном состоянии, получение параметров для оценки вызванного старением ухудшения свойств невозможно. Соответственно, когда время te, прошедшее с последней оценки вызванного старением ухудшения свойств, больше или равно заданному опорному значению времени t_def2, управляющее устройство 14 принудительно поднимает уровень заряд Cb батареи 12 до безгистерезисной области и получает необходимые для оценки вызванного старением ухудшения свойств параметры. Опорное значение времени t_def2 не имеет четкого ограничения, ввиду того, что t_def2 зависит от скорости ухудшения свойств батареи, и может составлять, например, от нескольких недель до нескольких месяцев.
[0070] В примерах, показанных на фиг. 8А и 8В, для получения параметров, первое значение уровня заряда Cb1 и второе значение уровня заряда Cb2 предварительно сохранены в памяти 28. Первый и второй уровни заряда Cb1 и Cb2 почти такие же, как первый и второй уровни заряда Cb1 и Cb2, описанные на фиг. 4А и 4В. Каждый из первого и второго уровней заряда Cb1 и Cb2 могут быть постоянным или переменным значением при условии, что первый и второй уровень заряда лежат в безгистерезисной области.
[0071] Для выполнения алгоритма сбора параметров для управляющего устройства 14 в качестве режимов управления транспортным средством 100 на электрической тяге предусмотрены нормальный режим, режим с преобладанием заряда и режим ограничения заряда-разряда. Режим с преобладанием заряда является режимом управления, при котором величина заряда батареи 12 выше величины разряда. Например, в режиме с преобладанием заряда, управляющее устройство 14 приводит в действие двигатель 104 так, чтобы двигатель 104 передавал динамическую мощность, превышающую или равную динамической мощности, которая требуется для перемещения транспортного средства, а также приводит в действие вращающуюся электрическую машину MG1 так, чтобы она генерировала электричество, используя избыточную динамическую мощность двигателя 104. При этом, управляющее устройство 14 позволяет второй вращающейся электрической машине MG2 генерировать электричество, используя только мощность торможения, и запрещает выполнять функцию привода в качестве электродвигателя.
[0072] Режим ограничения заряда/разряда представляет собой режим, в котором ограничивается и заряд, и разряд батареи 12. Например, в режиме ограничения заряда/разряда, управляющее устройство 14 управляет двигателем 104 так, чтобы двигатель 104 передавал необходимую для перемещения транспортного средства динамическую мощность и максимально возможно ограничивает приведение первой и второй вращающихся электрических машин MG1 и MG2. То есть, управляющее устройство 14 ограничивает также генерирование электричества первой и второй вращающихся электрических машин MG1 и MG2. Нормальный режим управления - это режим, в котором не активны ни режим преобладания заряда, ни режим ограничения заряда/разряда. При необходимости, управляющее устройство 14 может инициировать выполнение такого перемещения на электроприводе, при котором транспортное средство перемещается только с помощью динамической мощности второго вращающегося электродвигателя, или вариант гибридного транспортного средства, когда транспортное средство перемещается на динамической мощности второй вращающейся электрической машины MG2 и с помощью двигателя 104.
[0073] На показанных на фиг. 8А и 8В алгоритмах сбора параметров управляющее устройство 14 ведет счет истекшего времени te с момента окончания последней оценки вызванного старением ухудшения свойств и следит за тем, чтобы истекшее время te было больше или равнялось заданному опорному времени t_def2 (S160). Когда истекшее время te больше или равно опорному времени t_def2, управляющее устройство 14 переключает режим управления транспортным средством в режим преобладания заряда (S162). Следовательно, уровень заряда Cb батареи 12 постепенно поднимается с промежуточного значения Cb_с (например, около 30%) в гистерезисной области и достигает безгистерезисной области.
[0074] Когда уровень заряда Cb батареи 12 достигает первого значения заряда Cb1, принадлежащего безгистерезисной области (логический элемент «Да» на шаге S164), управляющее устройство 14 переключает режим управления в режим ограничения заряда/разряда, в котором ограничиваются заряд и разряд (S166). Таким образом, заряд и разряд батареи 12 ограничиваются, и значение напряжения Vo разомкнутой цепи, вероятно, будет получено. Затем, если значение напряжения Vo разомкнутой цепи является получаемым (логический элемент «Да» на шаге S168) управляющее устройство 14 получает значение напряжения Vo разомкнутой цепи в текущий момент времени в качестве первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи (S170).
12
[0075] После получения первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи, управляющее устройство 14 снова переключает режим управления транспортного средства 100 на электрической тяге на режим преобладания заряда (S172). Дополнительно, управляющее устройство 14 начинает подсчет значения суммарного тока ΔAh (S174).
12
12
12
12
12
12
[0076] В результате переключения в режим преобладания заряда уровень заряда Cb батареи 12 заново начинает подниматься. После этого, когда уровень заряда Cb батареи 12 становится равным второму уровню заряда Cb2 (логический элемент «Да» на шаге S178) управляющее устройство 14 снова переключает режим управления в режим ограничения заряда/разряда (S180). Затем, если значение напряжения Vo разомкнутой цепи является получаемым (логический элемент «Да» на шаге S182), управляющее устройство 14 получает значение напряжения Vo разомкнутой цепи в текущий момент времени в качестве второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи (S184). После получения второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи, управляющее устройство 14 прекращает расчет значения суммарного тока ΔAh (S186). После получения первого и второго значений напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи и расчета значения суммарного тока ΔAh управляющее устройство 12 переключает режим управления транспортного средства 100 на электрической тяге на нормальный режим (S188). В случае, когда абсолютное значение |ΔAh| суммарного тока меньше заданного опорного значения, точность оценки ухудшения свойств может уменьшиться. Поэтому предпочтительно выполнять управление таким образом, чтобы абсолютное значение |ΔAh| суммарного тока было больше или равно заданного опорного значения. Аналогично примеру на блок-схеме фиг. 6, управляющее устройство 14 может выполнять проверку истекшего времени t на основании получения первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи непосредственно перед получением второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи. В этом случае, когда истекшее время t превышает заданное опорное значение, управляющее устройство 14 управляет транспортным средством 100 на электрической тяге в режиме преобладания разряда, без получения второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи, и затем возвращается на шаг S164 для того, чтобы снова приступить к получению первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи.
[0077] Фиг. 9 представляет собой диаграмму, демонстрирующую пример функционирования алгоритма сбора параметров. На фиг. 9 по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат - уровень заряда Cb. Типовое выполнение алгоритма по фиг. 9 начинается в состоянии, когда уровень заряда Cb батареи 12 поддерживается на уровне приблизительно равном промежуточному значению Cb_с на гистерезисной области. Обычно, уровень заряда Cb батареи 12 поддерживается на уровне примерно равном значению Cb_с. Предположим, что истекшее время te в момент времени t1 с последней оценки ухудшения свойств в момент времени t1 больше или равно опорному времени t_def2. В этом случае, управляющее устройство 14 переключает режим управления транспортным средством на электрической тяге в режим преобладания заряда. В результате, уровень заряда Cb батареи 12 поднимается. Далее предположим, что уровень заряда Cb в момент времени t2 становится равным первому уровня заряда Cb1. В этом случае, управляющее устройство 14 переключает режим управления транспортным средством на электрической тяге в режим ограничения заряда/разряда. В результате, после момента времени t2 уровень заряда Cb меняется незначительно. Данное состояние продолжается определенное время и в момент времени t3 значение напряжения Vo разомкнутой цепи становится получаемым. После этого управляющее устройство 14 получает значения напряжения Vo разомкнутой цепи в момент времени t3 в качестве первого значения Vo1 разомкнутой цепи.
12
12
[0078] После получения первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи, управляющее устройство 14 снова переключает режим управления на режим преобладания заряда. Дополнительно, управляющее устройство 14 начинает подсчет суммарного значения тока ΔAh. В результате, после момента времени t3 уровень заряда Cb батареи 12 быстро поднимается. После этого, в момент времени t4 уровень заряда Cb батареи 12 становится равным второму уровню заряда Cb2, и управляющее устройство 14 снова переключает режим управления в режим ограничения заряда/разряда. В состоянии при продолжающемся определенное время ограничении разряда и заряда, а также, в момент времени t5 значение напряжения Vo разомкнутой цепи становится получаемым. Управляющее устройство 14 получает значение напряжения Vo разомкнутой цепи в момент времени t5 в качестве второго значения Vo2 напряжения разомкнутой цепи. Дополнительно, управляющее устройство 14 получает суммарное значение зарегистрированного значения тока Ib на отрезке времени с t3 по t5 в качестве суммарного значения тока ΔAh. После получения первого и второго значений напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи и расчета суммарного значения тока ΔAh12 управляющее устройство 14 переключает режим управления гибридного транспортного средства на нормальный режим. В результате, уровень заряда Cb батареи 12 понижается до уровня примерно равного промежуточному уровню заряда Cb_с.
12
12
[0079] Также из вышесказанного очевидно, что в показанном на фиг. 8А и 8В алгоритме сбора параметров, первое и второе значения напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи и суммарное значение тока ΔAh получаются в безгистерезисной области. Другими словами можно сказать, что значения напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи и суммарное значение тока ΔAh являются значениями, на которые не гистерезис не влияет. Путем оценки вызванного старением ухудшения свойств на основании данных значений возможно просто и точно оценить вызванное старением ухудшение свойств материала.
[0080] При долгом отсутствии оценки уровня заряда различие между фактическим состоянием батареи 12 и кривой SOC-OCV и полной емкости FCC, сохраненной в памяти 28 увеличивается. В этом случае снижается точность оценки уровня заряда Cb батареи 12. В показанных на фиг. 8А и 8В алгоритмах, даже в случае, когда заряд от внешнего источника и т.п. не осуществлялся долгое время, сбор необходимых для оценки ухудшения свойств параметров возможен, когда истекшее время te с последней оценки вызванного старением ухудшения свойств, становится больше или равно опорного времени t_def2. Соответственно, возможно избежать проблемы уменьшения точности оценки SOC, связанной с долгим отсутствием оценки вызванного старением ухудшения свойств. На примере фиг. 8А и 8В, так как Cb1<Cb2, первое значение напряжения Vo1 разомкнутой цепи, которое должно получаться в первую очередь, ниже второго значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи, которое должно получаться во вторую очередь. Однако, при установке Cb1>Cb2, управляющее устройство 14, для получения первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи, может в первую очередь заряжать батарею 12 до того, как уровень заряда Cb достигнет первого уровня заряда Cb1, после чего может управлять транспортным средством 100 на электрической тяге таким образом, чтобы преобладал разряд, для получения второго значения напряжения Vo2, когда уровень заряда достигает второго уровня заряда Cb2 (<Cb1).
[0081] Показанный на фиг. 8А и 8В алгоритм основан на том, что батарея 12 может заряжаться в процессе передвижения транспортного средства. Соответственно, показанные на фиг. 8А и 8В алгоритмы подходят для применения в транспортных средствах на электрической тяге, генерирующих электричество даже при перемещении. Примерами таких транспортных средств на электрической тяге служат гибридное транспортное средство, дополнительно к вращающейся электрической машине в качестве источника динамической энергии содержащее двигатель, транспортное средство на электрической тяге, оборудованное солнечными панелями, использующими солнечный свет, а также транспортное средство, оборудованное топливным элементом, преобразующим химическую энергию топлива (водород и пр.) в электрическую мощность.
12
[0082] Далее описывается алгоритм оценки ухудшения свойств (S20). Алгоритм оценки ухудшения свойств (S20) не имеет конкретных ограничений, при условии, что кривая SOC-OCV и полная зарядная емкость FCC батареи 12 оцениваются с использованием первого и второго значений напряжения (Vo1 и Vo2) разомкнутой цепи и, суммарного значения тока ΔAh, полученного в процессе выполнения алгоритма сбора параметров (S10). Ниже на примерах раскрываются алгоритмы оценки ухудшения свойств (S20). При этом, алгоритм оценки ухудшения свойств (S20) не ограничивается данными примерами, и могут применяться различные традиционно предлагаемые технологии оценки ухудшения свойств.
12
12
12
[0083] Пример алгоритма оценки ухудшения свойств (S20) будет описываться со ссылкой на фиг. 10. Алгоритм оценки ухудшения свойств на фиг. 10 оценивает полную зарядную емкость FCC, на основании отношения величины изменения значения уровня заряда ΔCb и суммарного уровня тока ΔAh. В частности, управляющее устройство 14 сверяет первое и второе значения напряжения (Vo1 и Vo2), полученные при выполнении алгоритма (S10) сбора параметров и сохраненную в памяти 28 кривую SOC-OCV, и, следовательно, получает соответствующие уровни заряда Cb[Vo1], Cb[Vo2] (S210, S212). Затем, управляющее устройство 14 для расчета полной зарядной емкости FCC (S214) делит абсолютное значение |ΔAh| суммарного тока на величину изменения уровня заряда ΔCb=|Cb[Vo1]-Cb[Vo2]|, и получившийся результат умножает на 100. То есть, управляющее устройство 14 рассчитывает значение полной зарядной емкости по уравнению FCC=|ΔAh|/(|Cb[Vo1]-Cb[Vo2]|)×100. После расчета полной зарядной емкости FCC, управляющее устройство 14 изменяет и обновляет сохраненное в памяти 28 значение полной зарядной емкости FCC на рассчитанное значение полной зарядной емкости (S216).
12
1
2
s
[0084] Далее описывается другой пример алгоритма оценки ухудшения свойств (S20). В алгоритме оценки ухудшения свойств на фиг. 11, на основании первого и второго значений напряжения (Vo1, Vo2) разомкнутой цепи и полученного при выполнении алгоритма сбора параметров суммарного значения тока ΔAh, рассчитываются три определяющих состояние батареи 12 параметра - k, k, ΔQ. Перед раскрытием алгоритма оценки ухудшения свойств опишем принцип, на котором построен алгоритм оценки ухудшения свойств.
+
-
+
-
[0085] Как говорилось ранее, в данном варианте осуществления, батарея 12 представляет собой вторичную литий-ионную батарею. Вторичная литий-ионная батарея состоит из отрицательного электрода, сепаратора, содержащего электролит, и положительного электрода. Положительный и отрицательный электроды состоят из заполнителей, представляющих собой активные материалы сферической формы. Во время разряда вторичной литий-ионной батареи, на границе контакта активного материала отрицательного электрода происходит химическая реакция с испусканием ионов лития Li и электронов е. При этом на границе контакта активного материала положительного электрода происходит химическая реакция с поглощением ионов лития Li и электронов е. Во время заряда вторичной литий-ионной батареи происходят реакции, обратные указанным выше.
[0086] На отрицательный электрод устанавливается поглощающий электроны токосъемник отрицательного электрода, а на положительный - испускающий электроны токосъемник положительного электрода. Токосъемник отрицательного электрода изготавливается, например, из меди, и подключается к клемме отрицательного электрода. Токосъемник положительного электрода изготавливается, например, из алюминия, и подключается к клемме положительного электрода. Ионы лития передаются между положительным и отрицательным электродами через токосъемник таким образом, что осуществляется заряд и разряд вторичной литий-ионной батареи.
[0087] В данном варианте осуществления, состояние заряда внутри вторичной литий-ионной батареи различается в зависимости от распределения в концентрации лития в активных материалах положительного и отрицательного электродов. Выходное напряжение вторичной литий-ионной батареи выражается по следующей формуле (1).
[0088] где, R - общее сопротивление вторичной литий-ионной батареи, а I - ток, протекающий через вторичную литий-ионную батарею. Сопротивление R включает в себя чисто электрическое сопротивление перемещению электронов между положительным и отрицательным электродами и сопротивление перемещению заряда, действующее как электрическое сопротивление в момент времени генерирования реактивного тока на контактирующих поверхностях активного материала.
1
2
1
2
1
2
1
2
[0089] При этом, θ - это локальный уровень заряда на поверхности положительного электрода и θ - локальный уровень заряда на поверхности активного материала отрицательного электрода. Сопротивление R имеет характеристику изменения, зависящую от изменения θ, θ и температуры батареи. Иными словами, сопротивление R может быть выражено функцией с θ, θ температурой батареи. Локальные уровни заряда θ, θ выражаются следующей формулой (2).
se, i
s, i, max
1
2
[0090] Здесь, C - концентрация лития (среднее значение) на поверхности активного материала (положительного электрода или отрицательно электрода), a C - предельная концентрация лития в активном материале (положительного электрода или отрицательного электрода). Что касается индекса i, то 1 обозначает положительный электрод, а 2 - отрицательный. Предельная концентрация лития - верхняя граница концентрации лития в положительном электроде или отрицательном электроде. Каждый из локальных уровней заряда θ, θ положительного электрода и отрицательно электрода изменяется в диапазоне от 0 до 1.
1
1
2
2
1
1
2
2
2
2
2
2
[0091] Потенциал U разомкнутой цепи положительного электрода имеет характеристику изменения, зависящую от локального уровня заряда θ на поверхности активного материала положительного электрода, а потенциал U разомкнутой цепи отрицательного электрода имеет характеристику, зависящую от локального уровня заряда θ на поверхности активного материала отрицательного электрода. На фиг. 12 показано отношение потенциала U разомкнутой цепи положительного электрода и локального уровня заряда θ, а также отношение потенциала U разомкнутой цепи отрицательного и локального уровня заряда θ, на момент нахождения вторичной литий-ионной батареи в изначальном состоянии. В батарее 12, согласно воплощению изобретения, ввиду применения состава для активного материала отрицательного электрода, содержащего кремний и графит, потенциал U разомкнутой цепи отрицательного электрода частично имеет гистерезис. На фиг. 12, потенциал U разомкнутой цепи отрицательного электрода, показанный жирной линией, демонстрирует потенциал разомкнутой цепи отрицательного электрода, полученный в процессе того как батарея 12 заряжалась после того как полностью разрядилась (далее - «время после непрерывного заряда») и потенциал U разомкнутой цепи отрицательного электрода, показанный тонкой линией, который получен при разряде батареи 12 после полного заряда (далее - «время после непрерывного разряда»). Аналогично, показанное толстой линией значение напряжения разомкнутой цепи Vo, указывает напряжение разомкнутой цепи после непрерывного заряда, а показанное тонкой линией значение напряжения Vo разомкнутой цепи указывает напряжение разомкнутой цепи после непрерывного разряда. Далее, когда нет необходимости в том, чтобы различать время после непрерывного заряда и время после непрерывного разряда, описание будет даваться только для потенциала U разомкнутой цепи отрицательного электрода и значения напряжения Vo после непрерывного заряда.
2
2
[0092] Как показано на Фиг. 12, значение напряжения Vo разомкнутой цепи вторичной литий-ионной батареи изображается как разность потенциалов U1 и U. между положительным и отрицательным электродами. Ввиду того, что потенциал U разомкнутой цепи отрицательного электрода, как говорилось ранее, частично имеет гистерезис, значение напряжения Vo разомкнутой цепи также частично имеет гистерезис. Под изначальным состоянием понимается состояние, в котором свойства вторичной литий-ионной батареи не ухудшились, и, например, означает состояние вторичной литий-ионной батареи сразу после изготовления.
1
1H
1
2
2L
2
1
2
[0093] Как показано на фиг. 12, когда локальный уровень заряда θ положительного электрода θ (=1), потенциал U разомкнутой цепи положительного электрода имеет наименьшее значение (максимальное количество лития в положительном электроде). С другой стороны, когда уровень заряда θотрицательного электрода θ (=0), потенциал U разомкнутой цепи отрицательного электрода имеет наибольшее значение (минимальное количество лития в отрицательном электроде). Данные с указанием характеристик (U, U) можно заранее сохранить в памяти 28 в качестве карты.
[0094] Значение напряжения Vo разомкнутой цепи вторичной литий-ионной батареи имеет характеристику ослабления при разряде из состояния полного заряда. Кроме того, после ухудшения свойств вторичной литий-ионной батареи, величина уменьшения напряжения за одинаковое время разряда выше, чем в изначальном состоянии вторичной литий-ионной батареи. Это означает, что ухудшение свойств вторичной литий-ионной батареи приводит к снижению полной зарядной емкости и изменению кривой напряжения разомкнутой цепи. В данном варианте осуществления, моделирование изменения кривой напряжения разомкнутой цепи, связанное с ухудшением свойств вторичной литий-ионной батареи, выполняется на основании двух явлений, которые с некоторой вероятностью происходят внутри вторичной литий-ионной батареи при ухудшении ее свойств. К этим двум явлениям относится уменьшение емкости единичного электрода в положительном электроде и отрицательном электроде, и нечувствительность отклика состава между положительным и отрицательным электродами.
[0095] Уменьшение единичной емкости электрода выражается в снижении способности принимать литий в каждом из электродов: положительном и отрицательном. Под снижением способности принятия лития понимается уменьшение активного материала и т.п., эффективно выполняющего функции заряда и разряда.
1
2
1L
1L
1H_ini
1H
2L
2H
2H_ini
2L
[0096] На фиг. 13 схематично показано изменение потенциала U разомкнутой цепи положительного электрода, вызванное уменьшением емкости положительного электрода, а также изменение потенциала U разомкнутой цепи отрицательного электрода вызванного уменьшением емкости отрицательного электрода. На фиг. 13 Q - емкость, отложенная на оси емкости положительного электрода, отвечающая локальному уровню заряда θ (=0) на фиг. 12 в изначальном состоянии вторичной литий-ионной батареи. Q - емкость, отвечающая локальному уровню заряда θ (=1) на фиг. 12 в изначальном состоянии вторичной литий-ионной батареи. Q - емкость, отложенная на оси емкости отрицательного электрода, отвечающая локальному уровню заряда θ (=1) на фиг. 12 в изначальном состоянии вторичной литий-ионной батареи, и Q - емкость, отвечающая локальному уровню заряда θ (=0) на фиг. 12 в изначальном состоянии вторичной литий-ионной батареи.
1L
1H_ini
1H_aft
2L
1H_ini
1H_aft
[0097] Когда способность приема лития положительного электрода снижается, емкость, отвечающая локальному уровню заряда θ (=1) изменяется с Q до Q. Также, когда способность приема лития негативного электрода снижается, емкость, отвечающая локальному уровню заряда θ (=1), изменяется с Q до Q.
1
1
1
1
1
1_aft
1_ini
[0098] В данном случае даже когда свойства вторичной литий-ионной батареи ухудшаются, отношение (показанное на фиг. 12) потенциала U разомкнутой цепи положительного электрода и локального уровня заряда θ не изменяется. Следовательно, при преобразовании отношения потенциала U разомкнутой цепи положительного электрода к локальному уровню заряда θ в отношение потенциала U разомкнутой цепи положительного электрода к емкости положительного электрода, кривая (штрихпунктирная линия) отношения потенциала U разомкнутой цепи положительного электрода к емкости положительного электрода по фиг. 13, является кривой проседания относительно U (сплошная линия) в изначальном состоянии на величину, соответствующую ухудшению свойств вторичной литий-ионной батареи.
2
2
2
2_aft
2_ini
[0099] Аналогично, при преобразовании отношения потенциала U разомкнутой цепи отрицательного электрода к локальному уровню заряда θ в отношение потенциала U разомкнутой цепи отрицательного электрода к емкости отрицательного электрода, кривая (штрихпунктирная линия) отношения потенциала U разомкнутой цепи отрицательного электрода к емкости отрицательного электрода по фиг. 13, является кривой, просевшей относительно U (сплошная линия) в изначальном состоянии, на величину, соответствующую ухудшению свойств вторичной литий-ионной батареи.
1
2
[0100] Далее приводится описание нечувствительности состава. На фиг. 14 схематически показана нечувствительность отклика состава между положительным и отрицательным электродами. Нечувствительность отклика состава - это нечувствительность в комбинации состава (θ) положительного электрода и состава (θ) отрицательного электрода в изначальном состоянии вторичной литий-ионной батареи, когда заряд и разряд выполняются при помощи положительного и отрицательного электродов.
1
2
1
2
2
2
1
2_aft
2
2
1
2
2
[0101] Кривые, отображающие отношения потенциалов U, U положительного и отрицательного электродов к локальным уровням заряда θ, θ положительного и отрицательного электродов совпадают с кривыми на фиг. 12. Когда свойства вторичной литий-ионной батареи ухудшаются ось состава θ отрицательного электрода сдвигается на Δθ в направлении уменьшения состава θ. положительного электрода. Таким образом, кривая (штрихпунктирная линия) отношения потенциала U разомкнутой цепи отрицательного электрода к оси состава θ отрицательного электрода в состоянии ухудшения свойств является кривой, смещенной на Δθ в направлении уменьшения состава θ положительного электрода от кривой (сплошная линия) отношения потенциала U разомкнутой цепи отрицательного электрода к оси состава θ отрицательного электрода в изначальном состоянии.
1fix
2fix_ini
2fix_aft
[0102] В результате, состав отрицательного электрода, отвечающий составу θ положительного электрода, является "θ" в изначальном состоянии вторичной литий-ионной батареи, а "θ" - после ухудшения свойств вторичной литий-ионной батареи.
1
2
s
[0103] В алгоритме оценки ухудшения свойств, показанном на фиг. 11, моделирование двух описанных выше явлений выполняется за счет адаптации трех параметров ухудшения свойств в модели батареи. Тремя параметрами ухудшения свойств являются коэффициент поддержания k емкости положительного электрода, коэффициент поддержания k емкости отрицательного электрода и емкость ΔQ. нечувствительности отклика состава положительного/отрицательного электрода. Далее описывается способ моделирования двух ухудшающих свойства явлений.
1
1
[0104] Коэффициент поддержания k емкости положительного электрода является отношением емкости положительного электрода в ухудшенном состоянии к емкости положительного электрода в изначальном состоянии. Предположим, что емкость положительного электрода изменяется на произвольное значение относительно емкости в изначальном состоянии после того, как свойства вторичной литий-ионной батареи ухудшились. В таком случае, коэффициент поддержания k емкости положительного электрода выражается по формуле (3).
1_ini
1
1_ini
1
1
1_ini
[0105] Здесь, Q - емкость положительного электрода в изначальном состоянии вторичной литий-ионной батареи, a ΔQ - величина уменьшения емкости положительного электрода, вызванного ухудшением свойств вторичной литий-ионной батареи. Соответственно, емкость положительного электрода после ухудшения свойств вторичной литий-ионной батареи равняется (Q - ΔQ). Кроме того, величина k уменьшается, начиная с 1, отвечающей начальному состоянию. При этом, емкость Q положительного электрода в изначальном состоянии может заранее оцениваться, отталкиваясь от теоретической емкости, количества при приготовлении активного материала и т.п.
2
2
[0106] Коэффициент поддержания k емкости отрицательного электрода является отношением емкости отрицательного электрода в ухудшенном состоянии к емкости отрицательного электрода в изначальном состоянии. Предположим, что после ухудшения свойств вторичной литий-ионной батареи емкость отрицательного электрода изменяется на произвольное значение относительно емкости в изначальном состоянии. В таком случае, коэффициент поддержания k емкости отрицательного электрода выражается формулой (4).
1_ini
2
1_ini
2
2
2_ini
[0107] Здесь, Q - емкость отрицательного электрода в изначальном состоянии вторичной литий-ионной батареи, a ΔQ - величина уменьшения емкости отрицательного электрода, вызванного ухудшением свойств вторичной литий-ионной батареи. Соответственно, емкость отрицательного электрода после ухудшения свойств вторичной литий-ионной батареи равняется (Q - ΔQ). Кроме того, величина k уменьшается, начиная с 1, отвечающей начальному состоянию. При этом, емкость Q отрицательного электрода в изначальном состоянии может заранее оцениваться, на основании теоретической емкости, количества активного материала при приготовлении состава и т.п.
2
2_ini
2
s
2
2
1
s
1
2
[0108] На фиг. 15 схематически изображен график, показывающий нечувствительность отклика состава между положительным и отрицательным электродами. В случае, когда свойства вторичной литий-ионной батареи ухудшаются, емкость отрицательного электрода при составе θ отрицательного электрода равна (Q - ΔQ). Под емкостью ΔQ нечувствительности состава положительного/отрицательного электрода понимается емкость, отвечающая величине нечувствительности Δθ оси θ состава отрицательного электрода, относительно оси θ состава положительного электрода. Таким образом, соотношение согласно формуле (5) удовлетворяется. Емкость ΔQ нечувствительности состава положительного/отрицательного электрода выражает величину изменения емкости батареи, которое вызвано переходом из изначального состояния, в соответствии с отношением между локальным уровнем заряда θ, как локального уровня заряда на поверхности активного материала положительного электрода, к локальному уровню заряда θ, как локального уровня заряда на поверхности активного материала отрицательного электрода.
[0109] Формула (6) далее выводится из Формулы (4) и Формулы (5).
1fix
2fix_ini
1fix
2fix_aft
[0110] При нахождении вторичной литий-ионной батареи в изначальном состоянии, состав θ положительного электрода соответствует составу θ. отрицательного электрода. При ухудшении свойств вторичной литий-ионной батареи состав θ положительного электрода соответствует составу θ. отрицательного электрода.
2fix_aft
[0111] В случае, когда в составе между положительным и отрицательным электродами, вследствие ухудшения свойств вторичной литий-ионной батареи, появляется нечувствительность отклика состава, состав θ отрицательного электрода после ухудшения свойств вторичной литий-ионной батареи имеет отношение, выражаемое формулой (7).
1
1
1fix
[0112] Смысловое содержание формулы (7) раскрывается далее. При испускании лития положительным электродом в виде заряда, при нахождении вторичной литий-ионной батарее в состоянии с ухудшенными свойствами, состав θ положительного электрода уменьшается, начиная с 1. Если состав θ положительного электрода уменьшается с 1 до θ, величину F1 лития, испущенного положительным электродом можно выразить формулой (8).
1fix
1
1
1_ini
[0113] Здесь, значение (1-θ), выражает величину уменьшения состава θ положительного электрода вследствие заряда вторичной литий-ионной батареи, а значение (k×Q) выражает емкость положительного электрода после ухудшения свойств вторичной литий-ионной батареи.
2fix_ini
[0114] При условии, что весь испущенный положительным электродом литий принимается отрицательным электродом, состав θ отрицательного электрода выражается следующей формулой (9).
2
2_ini
[0115] Здесь, значение (k×Q) выражает емкость отрицательного электрода после ухудшения свойств вторичной литий-ионной батареи.
2
2fix_aft
[0116] С другой стороны, при появлении нечувствительности (Δθ) отклика состава между положительным и отрицательным электродами, состав θ отрицательного электрода после ухудшения свойств выражается следующей формулой (10).
2
s
2fix_aft
[0117] Величина нечувствительности Δθ отклика состава может быть выражена формулой (6), через емкость ΔQ нечувствительности отклика состава положительного/отрицательного электрода. Таким образом, состав θ отрицательного электрода после ухудшения свойств выражается посредством выше приведенной формулы (7).
1_aft
2_aft
1
2
s
2_aft
2_aft
1_ini
[0118] Как показано на фиг. 15, в состоянии ухудшения свойств вторичной литий-ионной батареи, значение напряжения Vo разомкнутой цепи выражается как разность потенциала U разомкнутой цепи положительного электрода и потенциала U разомкнутой цепи отрицательного электрода в состоянии ухудшения свойств. То есть, определение трех параметров ухудшения свойств: коэффициента поддержания k, емкости положительного электрода, коэффициента поддержания k емкости отрицательного электрода и емкости ΔQнечувствительности отклика состава между положительным и отрицательным электродом позволяет определить потенциал U разомкнутой цепи отрицательного электрода в состоянии ухудшения свойств, и рассчитать значение напряжения Vo разомкнутой цепи как разность потенциала U разомкнутой цепи отрицательного электрода и потенциала U. разомкнутой цепи положительного электрода.
1_ini
2_ini
2fix_aft
1
2
s
2
2
2
1
2fix_aft
2fix_aft
2
[0119] То есть, так как возможно предварительно оценить емкость Q положительного электрода и емкость Q отрицательного электрода в изначальном состоянии, основываясь на теоретических емкостях и количестве активных материалов при приготовлении, то возможно рассчитать состав θ отрицательного электрода в состоянии ухудшения по формуле (7), если возможно определить три параметра ухудшения: коэффициент поддержания k, емкости положительного электрода, коэффициент поддержания k емкости отрицательного электрода и емкость ΔQ нечувствительности отклика состава положительного и отрицательного электрода. Также возможно рассчитать величину нечувствительности Δθ отклика состава по формуле (6). Определив величину нечувствительности Δθ, как показано на фиг. 12, можно определить положение 0 оси θ состава отрицательного электрода в ухудшенном состоянии, отвечающее положению, когда состав θ положительного электрода в ухудшенном состоянии равен 1, а состав отрицательного электрода соответствует θ. Затем, зная положение 0 и θ, как показано на фиг. 12, можно определить положение 1 оси состава θ отрицательного электрода в ухудшенном состоянии.
1
1
2
2
2
1
1
1
1
1
2
2
1
2
1
2
[0120] Отношение потенциала U разомкнутой цепи положительного электрода и локального уровня заряда θ положительного электрода, а также отношение потенциала U разомкнутой цепи отрицательного электрода и локального уровня заряда θ отрицательного электрода (отношения показаны на фиг. 12) не изменяются, даже при ухудшении свойств вторичной литий-ионной батареи. Соответственно, когда можно определить положения 0 и 1 оси θ состава отрицательного электрода в ухудшенном состоянии, отвечающее положению 1 и 0 оси θ состава положительного электрода в ухудшенном состоянии, между 0 и 1 состава θ положительного электрода можно построить кривую отношения потенциала U разомкнутой цепи положительного электрода к локальному уровню заряда θ положительного электрода, как показано на фиг. 12, и между 1 и 0 состава θ положительного электрода в ухудшенном состоянии можно построить кривую отношения потенциала U разомкнутой цепи отрицательного электрода к локальному уровню заряда θ отрицательного электрода, как показано на фиг. 12 таким образом, чтобы эти кривые были потенциалом U разомкнутой цепи положительного электрода и потенциалом Uразомкнутой цепи отрицательного электрода в ухудшенном состоянии, как показано на фиг. 12. Таким образом можно построить кривые, определяющие потенциал U разомкнутой цепи положительного электрода и потенциал U, разомкнутой цепи отрицательного электрода и, следовательно, возможно рассчитать значение напряжения Vo разомкнутой цепи вторичной литий-ионной батареи в ухудшенном состоянии.
1
2
s
[0121] В соответствии с приведенным выше описанием, возможно рассчитать значение напряжения Vo разомкнутой цепи вторичной литий-ионной батареи в ухудшенном состоянии, определив три параметра ухудшения свойств: коэффициент поддержания k емкости положительного электрода, коэффициент поддержания k емкости отрицательного электрода и емкость нечувствительности ΔQ отклика состава положительного/отрицательного электрода.
1
2
s
[0122] В изначальном состоянии вторичной литий-ионной батареи коэффициент поддержания k емкости положительного электрода и коэффициент поддержания k емкости отрицательного электрода равняются 1, а емкость ΔQ нечувствительности отклика состава положительного/отрицательного электрода равна 0. Рассчитанное (оцененное) значение напряжения Vo разомкнутой цепи согласно приведенному выше описанию совпадает с измеренным значением напряжения Vo разомкнутой цепи в изначальном состоянии вторичной литий-ионной батареи (новой вторичной литий-ионной батареи).
[0123] Как показано на фиг. 16, значение напряжения Vo разомкнутой вторичной литий-ионной батареи повышается с увеличением емкости (ΔAh) батареи, то есть при заряде вторичной батареи. Далее кривая изменения значения напряжения Vo разомкнутой цепи по отношению к емкости (ΔAh) батареи называется кривой напряжения разомкнутой цепи. Как показано штрихпунктирной и пунктирной линиями на фиг. 16, кривая напряжения разомкнутой цепи смещается из изначального состояния в левую сторону графика, что вызвано ухудшением свойств батареи 12.
1
2
s
1
1
s
[0124] Как описано выше, значение напряжения Vo разомкнутой цепи вторичной литий-ионной батареи в ухудшенном состоянии можно рассчитать по трем параметрам ухудшения свойств: коэффициента поддержания емкости k, положительного электрода, коэффициента поддержания емкости k отрицательного электрода и емкости нечувствительности ΔQ отклика состава положительного/отрицательного электрода, и, следовательно, рассчитать кривую напряжения разомкнутой цепи вторичной литий-ионной батареи из коэффициента поддержания емкости k, отрицательного электрода, коэффициента поддержания емкости k, положительного электрода и емкости нечувствительности отклика ΔQ состава положительного/отрицательного электрода.
1
2
s
1
2
s
1
2
s
[0125] Следовательно, в алгоритме оценки ухудшения свойств, показанном на фиг. 11, для поиска значений k, k, ΔQ выполняется конвергентный расчет, допускающий расчет кривой напряжения разомкнутой цепи (оцененное значение) на основании трех параметров ухудшения свойств: коэффициента поддержания емкости k, положительного электрода, коэффициента поддержания емкости k отрицательного электрода и емкости нечувствительности отклика ΔQ состава положительного/отрицательного электрода таким образом, чтобы она приближенно совпала с кривой напряжения разомкнутой цепи (измеренное значение). То есть, можно рассчитать значения коэффициента поддержания емкости k, положительного электрода, коэффициента поддержания емкости k отрицательного электрода и емкости нечувствительности отклика ΔQ состава положительного/отрицательного электрода в конкретном состоянии ухудшения свойств и оценить ухудшение емкости вторичной литий-ионной батареи.
12
[0126] В частности, со ссылкой на фиг. 11 далее описывается алгоритм оценки ухудшения свойств. В алгоритме оценки ухудшения свойств, показанном на фиг. 11, управляющее устройство 14 в первую очередь строит графики первого и второго значений напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи и суммарного значения тока ΔAh, полученных в процессе выполнения алгоритма сбора параметров (S10), и строит кривую напряжения разомкнутой цепи (измеренное значение) (S220).
1
2
s
[0127] Далее управляющее устройство 14 устанавливает варианты параметров ухудшения (k, k, ΔQ) для формирования характеристики напряжения разомкнутой цепи (оцененное значение) (S222). Затем управляющее устройство 14 строит кривую напряжения разомкнутой цепи (оцененное значение), используя установленные параметры ухудшения свойств (S224). Принцип построения раскрывался со ссылкой на фиг. 12-15. На фиг. 16 показан график с примером кривой напряжения разомкнутой цепи по измеренному значению и кривой напряжения разомкнутой цепи по оцененному значению.
[0128] После получения кривой напряжения разомкнутой цепи по измеренному значению и кривой напряжения разомкнутой цепи по оцененному значению управляющее устройство 14 рассчитывает расхождение напряжения ΔV и расхождение емкости ΔQ между кривой напряжения разомкнутой цепи по измеренному значению и кривой напряжения разомкнутой цепи по оцененному значению (S226). Например, расхождение напряжения ΔV может быть расхождением напряжения ΔV при конкретной емкости а батареи, как показано на фиг. 17, или может быть среднеквадратичным значением и т.п. расхождения напряжения двух кривых напряжения разомкнутой цепи.
1
2
1
2
1
12
[0129] Расхождение емкости ΔQ может быть абсолютным значением расхождения между измеренной емкостью Q и расчетной емкостью Q, то есть, ΔQ=|Q-Q|. В качестве измеренной емкости Q, можно использовать суммарное значение тока ΔAh, полученное в процессе выполнения алгоритма сбора параметров. В качестве расчетной емкости Q2 можно использовать величину изменения емкости во время изменения первого значения напряжения Vo1 разомкнутой цепи на второе значения напряжения Vo2 разомкнутой цепи на кривой напряжения разомкнутой цепи, построенной по расчетному значению.
[0130] После получения расхождения напряжения ΔV и расхождения емкости ΔQ, управляющее устройство 14, последовательно рассчитывает функцию f(ΔV, ΔQ) расхождения напряжения ΔV и расхождения емкости ΔQ (S228). В качестве оценочной функции f(ΔV, ΔQ) может использоваться, например, значение, получившееся после взвешивания и сложения расхождения напряжения ΔV и расхождения емкости ΔQ.
1
2
s
[0131] Затем управляющее устройство 14 определяет, является ли рассматриваемая расчетная оценочная функция f(ΔV, ΔQ) меньше хранящейся в памяти 28 оценочной функции f(ΔV, ΔQ). Если оценочная функция f(ΔV, ΔQ) меньше хранящейся в памяти 28 оценочной функции f(ΔV, ΔQ), управляющее устройство 14 сохраняет рассматриваемую оценочную функцию f(ΔV, ΔQ) в памяти 28 совместно с рассматриваемыми параметрами ухудшения свойств (k, k, ΔQ). Если рассматриваемая оценочная функция f(ΔV, ΔQ) превышает хранящуюся в памяти 28 оценочную функцию f(ΔV, ΔQ), оценочная функция f(ΔV, ΔQ), хранящаяся в памяти 28 остается без изменений.
1
2
s
[0132] На шаге S230, управляющее устройство 14 определяет, изменялись ли параметры ухудшения свойств на всем диапазоне поиска (S230). Если параметры не изменялись на всем диапазоне поиска, управляющее устройство 14 изменяет потенциально пригодные значения параметров (k, k, ΔQ) (S229) ухудшения свойств и возвращается на шаг S224.
1
2
s
1
2
s
1
2
s
[0133] С другой стороны, если параметры ухудшения свойств во всем диапазоне поиска были изменены, управляющее устройство 14 заканчивает поиск. В то же время параметры (k, k, ΔQ) ухудшения свойств, которые минимизируют оценочную функцию f(ΔV, ΔQ) в диапазоне поиска сохраняются в памяти 28. То есть, можно сказать, что параметры (k, k, ΔQ) ухудшения свойств, хранящиеся в памяти 28, являются параметрами, индицирующими состояние батареи 12 в текущий момент времени. Управляющее устройство 14 рассчитывает кривую SOC-OCV и полную зарядную емкость FCC по найденным параметрам (k, k, ΔQ) ухудшения свойств и сохраняет расчетные значения в памяти 28 (S232).
12
[0134] Алгоритмы оценки ухудшения свойств, показанные на фиг. 10 и фиг. 11 являются примерами, и могут применяться другие алгоритмы при условии, что ухудшение свойств батареи 12 рассчитывается по значениям напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи на множестве точек и по суммарному значению тока ΔAh на множестве точек.
12
[0135] Согласно приведенному выше описанию, батарейная система 10, раскрытая в данном варианте осуществления изобретения, оценивает вызванное старением ухудшение свойств по собранным в безгистерезисной области параметрам (Vo1, Vo2, ΔAh). Таким образом, обеспечивается возможность точной оценки ухудшения свойств батареи 12 без влияния гистерезиса. В этой связи, для более точной оценки ухудшения свойств батареи 12, необходимо, чтобы интервал получения параметров, то есть, интервал между получением первого значения напряжения Vo1 и второго значения Vo2 напряжения разомкнутой цепи был максимально большим. Соответственно, при наличии возможности, необходимо, чтобы первое и второе значения напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи были получены непосредственно у верхней и нижней границ гистерезисной области.
2_ini
2_aft
2_ini
2_aft
2В
2В
[0136] Однако, по мере вызванного старением ухудшения свойств батареи 12, диапазон безгистерезисной области увеличивается или уменьшается. Далее приводится раскрытие этого со ссылкой на фиг. 18. На фиг. 18, показанные толстыми линиями потенциалы U, U разомкнутой цепи отрицательного электрода показывают потенциалы разомкнутой цепи отрицательного электрода после непрерывного заряда батареи, а показанные тонкими линиями потенциалы U, U разомкнутой цепи отрицательного электрода показывают потенциалы разомкнутой цепи отрицательного электрода после непрерывного разряда. Кроме того, локальный уровень заряда θ, при котором разность между потенциалом разомкнутой цепи отрицательного электрода (толстая линия) после непрерывного заряда и потенциалом разомкнутой цепи отрицательного электрода после непрерывного разряда принимает конкретную величину или более выраженную разность, называется точкой появления гистерезиса θ".
[0137] Согласно приведенному выше описанию, значение напряжения Vo батареи 12 представляет собой разность потенциала разомкнутой цепи положительного электрода и потенциала разомкнутой цепи отрицательного электрода. Обычно, уровень заряда Cb равен 100%, когда значение напряжения Vo разомкнутой цепи батареи 12 соответствует заданной верхней границе VH, и уровень заряда Cb равен 0%, когда значение напряжения Vo разомкнутой цепи равно заданной нижней границе VL. Полная зарядная емкость FCC является емкостью положительного электрода или емкостью отрицательного электрода, которая была получена при изменении значения напряжения Vo разомкнутой цепи с Vo=VL на Vo=VH.
2_ini
2_aft
2B
2L
2Н
[0138] Предположим, что с вызванным старением ухудшением свойств батареи 12, потенциал разомкнутой цепи отрицательного электрода изменяется с потенциала U разомкнутой цепи отрицательного электрода в изначальном состоянии до потенциала U разомкнутой цепи отрицательного электрода после ухудшения свойств, как показано на фиг. 18. В таком случае было обнаружено, что положение точки θ появления гистерезиса в диапазоне от θ до θ (Cb=0% to Cb=100%), то есть, на полной зарядной емкости (FCC), изменяется в изначальном состоянии и ухудшенном состоянии. Это значит, что ухудшение свойств вызывает изменение безгистерезисной области.
12
[0139] Таким образом, фактическая безгистерезисная область увеличивается или уменьшается по мере ухудшения свойств батареи 12. В таком случае в алгоритме сбора параметров, соответствующие параметры Vo1 и Vo2, ΔAh получаются в безгистерезисной области, сохраненной в памяти 28. При наличии расхождения между хранящейся в памяти 28 безгистерезисной областью и фактической безгистерезисной областью, в действительности, параметры могут быть собраны в гистерезисной области. Конечно, данной проблемы можно избежать путем прогнозирования фактического связанного с ухудшением свойств изменения безгистерезисной области и переустановки безгистерезисной области хранящейся в памяти 28. Однако, в данном случае, иногда происходит сужение диапазона получения параметров со снижением возможности получения параметров.
2_aft
1
2
S
2B
1B
1
2
[0140] Следовательно, диапазон безгистерезисной области может оцениваться и изменяться в процессе каждой оценки ухудшения свойство батареи 12. В частности, потенциал U разомкнутой цепи отрицательного электрода после оценки ухудшения свойств с помощью параметров ухудшения свойств (k, k, ΔQ) получают в алгоритме оценки ухудшения свойств, показанном на фиг. 11. Таким образом, можно определить положение точки появления гистерезиса θ или θ, а затем значение уровня изменения границы Cb_b на границе между безгистерезисной и гистерезисной областями. В частности уровень изменения границы Cb_b выражается по формуле (11) и формуле (12), с помощью θ и θ.
12
[0141] Управляющее устройство 14 обновляет безгистерезисную область, сохраняя найденную по изменению уровня границы Cb_b безгистерезисную область в памяти 28 как новую безгистерезисную область. Оценивая и обновляя безгистерезисную область в текущий момент времени после каждой оценки ухудшения свойств таким способом, можно оценивать первое и второе значения напряжения Vo1, Vo2 разомкнутой цепи и суммарное значение тока ΔAh в необходимый промежуток времени (уровень заряда). В результате, возможно дополнительно повысить точность оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи 12, а также обеспечить проведение более надежной оценки.
1
2
[0142] В формуле (11) и формуле (12), граничный уровень заряда Cb_b оценивается из локального уровня заряда θ или θ. Однако, кривая SOC-OCV может оцениваться по положительному и отрицательному потенциалам разомкнутой цепи после ухудшения свойств, а граничный уровень заряда Cb_b может оцениваться из кривой SOC-OCV.
[0143] Фиг. 19 представляет собой блок-схему примера алгоритма оценки безгистерезисной области. Предполагается, что алгоритм оценки безгистерезисной области на фиг. 19 будет выполняться после алгоритма оценки ухудшения свойств, показанного на фиг. 11. Соответственно, алгоритм оценки безгистерезисной области предполагает, что кривая SOC-OCV получена после ухудшения свойств батареи 12 (кривая SOC-OCV в текущий момент времени), т.е. были получены кривые OCV_dis и OCV_ch после ухудшения свойств.
[0144] Если Vdis[n] - напряжение по кривой OCV_dis при уровне заряда Cb=n, Vch[n] - напряжения по кривой OCV_ch при уровне заряда Cb=n и ΔVdef - спрогнозированный пороговый уровень, то управляющее устройство 14 ищет такое значение n, которое удовлетворяет неравенству (|Vdis[n]-Vch[n]|<ΔVdef), при последовательном изменении значения уровня заряда Cb=n (S312, S314). Начально значение для поиска может быть значением, получившимся в результате вычитания заданной границы α из граничного уровня заряда Cb_b, полученного во время последней оценки безгистерезисной области (S310). Увеличение или уменьшение граничного уровня заряда Cb_b после ухудшения свойств зависит от свойств батареи. Соответственно, установка заданной границы α на положительное или отрицательное значение может определяться в зависимости от свойств батареи. Начальное значение поиска этим не ограничивается, и может быть иным, например, иметь заданную фиксированную величину. Когда в результате поиска найдено такое значение n, которое удовлетворяет неравенству (|Vdis[n]-Vch[n]|<ΔVdef), значение n сохраняется в памяти 28, как новый граничный уровень заряда Cb_b (S316).
[0145] Из вышесказанного очевидно, что батарейная система 10, раскрытая в настоящем варианте осуществления, получает параметры, необходимые для оценки ухудшения свойств батареи 12 в безгистерезисной области. В результате обеспечивается возможность точной и простой оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи 12 без влияния гистерезиса. Другие составляющие могут изменяться при условии, что необходимые для оценки вызванного старением ухудшения свойств получаются в безгистерезисной области.
12
[0146] Например, в приведенном выше раскрытии в качестве параметров, используемых для оценки вызванного старением ухудшения свойств, получаются только значения напряжения Vo1 и Vo2 разомкнутой цепи в двух точках и суммарное значение тока ΔAh между двумя точками. Однако, при условии нахождения параметров в безгистерезисной области, значения напряжения Vo разомкнутой цепи могут получаться на большем количестве точек и суммарные значения тока ΔAh могут также получаться среди большего количества точек.
[0147] В настоящем варианте осуществления изобретения в качестве примера приводится батарея 12, в которой активный материал отрицательного электрода содержит кремний и графит. Тем не менее, раскрываемая в настоящем варианте осуществления технология может применяться к вторичной батареи другого типа, при условии, что вторичная батарея будет частично иметь существенный гистерезис. Например, раскрытая в настоящем варианте осуществления технология может применяться во вторичной литий-ионной батарее, в которой активный материал отрицательного электрода содержит кремний и титанат лития. При использовании вторичной литий-ионной батареи, содержащей кремний и титанат лития известно, что гистерезис появляется в области высокого SOC. Соответственно, при использовании такой вторичной литий-ионной батареи для оценки вызванного старением ухудшения свойств батареи, достаточно установить безгистерезисную область в область низкого SOC и использовать параметры Vo, ΔAh, полученные в области низкого SOC (безгистерезисная область). Кроме того, раскрытая в данном осуществлении изобретения технология не ограничена применением вторичной литий-ионной батареи, и применима к другим типам вторичных батарей, таких как никель-водородные вторичные батареи.
[0148] Гистерезис SOC-OCV легко появляется в батареях с активным материалом, содержащим вещество, сильно изменяющееся в объеме (расширение или усадка). К примерам материалов отрицательного электрода можно отнести, соединения с добавлением лития, такие как кремневые соединения (Si, SiO и пр.), соединения олова (Sn, SnO и пр.), соединения германия и свинцовые соединения. Как правило, изменения объема графита, используемого в качестве материала отрицательного электрода, составляет порядка 10%. «Сильно изменяющееся в объеме вещество», вызывающее гистерезис SOC-OCV, может быть, например, с еще большим изменением в объеме, чем графит (материал с изменением объема свыше 10%).
2
3
[0149] Также, в качестве материала отрицательного электрода может применяться конверсионный материал (например, СоО, FeO, NiO, FeO и т.п.), приведенный в качестве примера в формуле (13) далее. В формуле (13) М - переходный металл, а X-О, F, N, S и т.п.
3
[0150] Кроме того, в положительном электроде допускается использование конверсионного материала, такого как FeF. В данном описании в качестве примера приводится случай, когда гистерезис SOC-OCV вызван материалом отрицательного электрода. Однако, раскрытая в данном описании изобретения технология может применяться даже в случае, когда гистерезис вызван материалом положительного электрода.