DE112021005688T5

DE112021005688T5 - Anomalie-Detektionsverfahren, Anomalie- Detektionsvorrichtung, Energiespeichereinrichtung und Computerprogramm

Info

Publication number: DE112021005688T5
Application number: DE112021005688.3T
Authority: DE
Inventors: Kazuya Okabe; Ryoichi Okuyama
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2023-08-24
Also published as: JPWO2022091673A1; US20230402666A1; CN116547831A; WO2022091673A1

Abstract

Ein Anomalie-Detektionsverfahren detektiert eine Anomalie einer montierten Batterie, einschließlich Energiespeichervorrichtungen, durch eine Anomalie-Detektionsvorrichtung. Jede Energiespeichervorrichtung enthält als positives Aktivmaterial Lithiumeisenphosphat und Lithium-Übergangsmetalloxid, das eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in einem Potentialbereich ermöglicht, der höher ist als der des Lithiumeisenphosphats. Ein Verhältnis einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des Lithium-Übergangsmetalloxids zu einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des positiven Aktivmaterials in einem Lade-Entlade-Bereich, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, ist 5 % oder höher. Die Anomalie-Detektionsvorrichtung erfasst eine Spannung von jeder der Energiespeichervorrichtungen nahe einem Ladeendpunkt in dem Lade-Entlade-Bereich, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, und detektiert eine Anomalie in der montierten Batterie unter Verwendung der erfassten Spannung der Energiespeichervorrichtungen.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Technik betrifft ein Anomalie-Detektionsverfahren zum Detektieren einer Anomalie einer montierten Batterie, eine Anomalie-Detektionsvorrichtung, eine Energiespeichereinrichtung und ein Computerprogramm.
Stand der Technik
In den letzten Jahren wurden Energiespeichervorrichtungen, einschließlich einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, in einem weiten Bereich von Gebieten verwendet, wie z. B. als Stromversorgung für tragbare Endgeräte, einschließlich eines Notebook-Personal Computers und eines Smartphones, als Speichersystem für erneuerbare Energie und als loT-Geräte-Stromversorgung. Weiterhin wurden Energiespeichervorrichtungen aktiv als Energiequelle für ein sauberes Energiefahrzeug der nächsten Generation, wie etwa ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) oder ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV), entwickelt.
Als positives Aktivmaterial einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie wird ein Verbundoxid aus Lithium-Übergangsmetall wie etwa Lithium-Kobalt-Oxid, Lithium-Nickel-Oxid oder Lithium-Mangan-Oxid verwendet.
Als positives Aktivmaterial wird anstelle von Kobalt oder dergleichen auch Lithiumeisenphosphat als Bestandteilselement verwendet, das Eisen enthält, das als Ressource reichlich vorhanden und kostengünstig ist (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente
Patentdokument 1: JP-A-2006-12613
Zusammenfassung der Erfindung
Die durch die Erfindung zu lösenden Probleme
In einem Fall, in dem eine montierte Batterie durch eine Energiespeichervorrichtung konfiguriert ist, die Lithiumeisenphosphat als positives Aktivmaterial verwendet (durch eine sogenannte LFP-Batterie), ist eine Spannungsänderung während des Ladens und Entladens gering und es ist schwierig, einen Zustand der montierten Batterie basierend auf der Spannungsänderung einzuschätzen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Anomalie-Detektionsverfahren und dergleichen bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Anomalie einer montierten Batterie auf geeignete Weise zu detektieren.
Mittel zur Lösung des Problems
In einem Anomalie-Detektionsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Anomalie einer montierten Batterie, die eine Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen aufweist, durch eine Anomalie-Detektionsvorrichtung detektiert. Jede der Energiespeichervorrichtungen enthält als positives Aktivmaterial Lithiumeisenphosphat und Lithium-Übergangsmetalloxid, das eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in einem Potentialbereich ermöglicht, der höher ist als der des Lithiumeisenphosphats, und ein Verhältnis einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des Lithium-Übergangsmetalloxids zu einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des positiven Aktivmaterials in einem Lade-Entlade-Bereich, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, ist 5 % oder höher. Die Anomalie-Detektionsvorrichtung erfasst eine Spannung von jeder der Energiespeichervorrichtungen nahe eines Ladeendpunktes in dem Lade-Entlade-Bereich, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, und detektiert eine Anomalie in der montierten Batterie unter Verwendung der erfassten Spannung der Energiespeichervorrichtungen.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Anomalie einer montierten Batterie auf geeignete Weise detektiert werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel für die Energiespeichereinrichtung darstellt.
3 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Energiespeichereinrichtung der 2.
4 ist ein Blockdiagramm einer Anomalie-Detektionsvorrichtung und dergleichen.
5 ist eine Lade-Entlade-Kurve, die eine Beziehung zwischen dem Ladezustand (SOC) und der Spannung für ein gemischtes positives Aktivmaterial aus Lithiumeisenphosphat und einer Nichteisen-Lithiumverbindung zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Anomaliedetektions-Verarbeitungsprozedur darstellt.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Anomaliedetektions-Verarbeitungsprozedur gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Anomaliedetektions-Verarbeitungsprozedur gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.

Modi zum Ausführen der Erfindung
Bei einem Anomalie-Detektionsverfahren wird eine Anomalie einer montierten Batterie, die eine Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen aufweist, durch eine Anomalie-Detektionsvorrichtung detektiert. Jede der Energiespeichervorrichtungen enthält als positives Aktivmaterial Lithiumeisenphosphat und Lithium-Übergangsmetalloxid, das eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in einem Potentialbereich ermöglicht, der höher ist als der des Lithiumeisenphosphats, und ein Verhältnis einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des Lithium-Übergangsmetalloxids zu einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des positiven Aktivmaterials in einem Lade-Entlade-Bereich, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, ist 5 % oder höher. Die Anomalie-Detektionsvorrichtung erfasst eine Spannung von jeder der Energiespeichervorrichtungen nahe einem Ladeendpunkt in dem Lade-Entlade-Bereich, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, und detektiert eine Anomalie in der montierten Batterie unter Verwendung der erfassten Spannung der Energiespeichervorrichtungen.
In der vorliegenden Beschreibung umfasst die „Anomalie einer montierten Batterie“ einen Fall, in dem ein interner Kurzschluss in einem Teil einer Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen auftritt, die die montierte Batterie bilden, einen Fall, in dem eine Kapazitätsverschlechterung eines Teils der Energiespeichervorrichtungen im Vergleich zu anderen Energiespeichervorrichtungen über einen zulässigen Bereich hinaus fortschreitet, einen Fall, in dem ein Ladezustand (SOC) eines Teils der Energiespeichervorrichtungen im Vergleich zu dem anderer Energiespeichervorrichtungen über einen zulässigen Bereich hinaus abweicht und dergleichen. Die „Anomalie einer montierten Batterie“ umfasst einen Fall, bei dem eine Anomalie nur in einem Teil der Energiespeichervorrichtungen auftritt, die die montierte Batterie bilden.
Die „Spannung“ bezeichnet eine Potentialdifferenz zwischen einem positiven Elektrodenpotential und einem negativen Elektrodenpotential, wenn eine positive Elektrode, die ein positives Aktivmaterial enthält, und eine negative Elektrode, die ein negatives Aktivmaterial enthält, kombiniert werden, um eine Energiespeichervorrichtung zu bilden.
Das „Potential“ bezeichnet eine Potentialdifferenz (V vs Li⁺/Li) jeweils einer einfachen Substanz einer positiven Elektrode und einer einfachen Substanz einer negativen Elektrode in Bezug auf eine Li-Referenzelektrode (Standardelektrode).
Die „Ladungsmenge“ bezeichnet einen Wert, der durch das Multiplizieren der Masse (g) eines positiven Aktivmaterials in einer Energiespeichervorrichtung mit seiner theoretischen Kapazität (Ah/g) berechnet wird.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration enthält die montierte Batterie eine Energiespeichervorrichtung, in der Lithiumeisenphosphat und Lithium-Übergangsmetalloxid, das eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in einem Potentialbereich ermöglicht, der höher ist als der des Lithiumeisenphosphats, als positives Aktivmaterial gemischt sind. Die Energiespeichervorrichtung, die Lithiumeisenphosphat in einem positiven Aktivmaterial enthält, hat einen Plateaubereich, in dem sich die Spannung in einem weiten Bereich der Lade-Entlade-Eigenschaften kaum ändert. Bei der Konfiguration, bei der Lithiumeisenphosphat und Lithium-Übergangsmetalloxid gemischt sind, bildet sich ein Bereich mit einer Spannungsänderung (Anstieg, der eine Zustandsschätzung ermöglicht) basierend auf einer Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in dem Lithium-Übergangsmetalloxid nahe einem Ladeendpunkt. In dem Bereich kann ein Zustand der Energiespeichervorrichtung geschätzt werden, indem eine Spannungsänderung während des Ladens und Entladens detektiert wird. Durch das Erfassen der Spannung von jeder der Energiespeichervorrichtungen in dem Bereich kann ein Zustand jeder Energiespeichervorrichtung genau geschätzt werden, und eine Anomalie der montierten Batterie kann basierend auf einer Zustandsdifferenz zwischen den Energiespeichervorrichtungen auf geeignete Weise detektiert werden.
Das Anomalie-Detektionsverfahren kann das Detektieren umfassen, dass ein interner Kurzschluss in mindestens einer der Energiespeichervorrichtungen in einem Fall auftritt, in dem eine Spannungsdifferenz zwischen den Energiespeichervorrichtungen während einer Insertionsreaktion (während einer Entladung) eines Lithium-Ions in den Lithium-Übergangsmetalloxid nahe dem Ladeendpunkt ein erster Schwellenwert oder höher ist.
Da die Lade-Entlade-Charakteristika eine Neigung nahe dem Ladeendpunkt aufweisen, ist es möglich, die Möglichkeit zu Detektieren, dass ein interner Kurzschluss in einer Energiespeichervorrichtung auftritt, die eine große Spannungsdifferenz zu anderen Energiespeichervorrichtungen aufweist, indem eine Spannungsdifferenz zwischen den nahe dem Ladeendpunkt entladenden Energiespeichervorrichtungen verwendet wird.
Bei dem Anomalie-Detektionsverfahren kann der erste Schwellenwert ein Wert sein, der größer als ein Betriebsschwellenwert eines Ausgleichsreglers (Balancer) ist, der eine Spannungsdifferenz zwischen den Energiespeichervorrichtungen während des Ladens reduziert.
Indem der erste Schwellenwert zum Detektieren eines internen Kurzschlusses höher als ein Betriebsschwellenwert des Ausgleichsreglers (Balancer) eingestellt wird, ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass irrtümlicherweise bestimmt wird, dass ein interner Kurzschluss in einer Energiespeichervorrichtung auftritt, in der der interne Kurzschluss nicht wirklich stattfindet.
Das Anomalie-Detektionsverfahren kann das Erfassen eines integrierten Stromwertes, der mit einer Insertionsreaktion oder einer Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in dem Lithium-Übergangsmetalloxid nahe dem Ladeendpunkt in den Energiespeichervorrichtungen in Verbindung steht, und ein Schätzen eines ersten Verschlechterungsgrades jedes der Energiespeichervorrichtunge4n basierend auf dem erfassten integrierten Stromwert umfassen.
Da die Lade-Entlade-Charakteristika eine Neigung aufweisen, die eine Zustandsschätzung nahe dem Ladeendpunkt ermöglicht, kann der erste Verschlechterungsgrad jeder der Energiespeichervorrichtungen basierend auf einem aktuellen integrierten Wert in dem Bereich geschätzt werden. Beispielsweise kann der erste Verschlechterungsgrad jeder der Energiespeichervorrichtungen auf der Grundlage des Verhaltens zum Zeitpunkt, zu dem die Entladung eine Spannung in einem Plateaubereich erreicht (sich verringert), von einer Spannung, die einem fast vollen Ladezustand entspricht, geschätzt werden, während eine Spannung in jeder der Energiespeichervorrichtungen erfasst (überwacht) wird. Die Energiespeichervorrichtung 3, in der die Verschlechterung fortschreitet, befindet sich in einem Zustand, in dem ein Ladeendpunkt entlang der horizontalen Achsenrichtung in der 5 nach links verschoben ist, und erreicht eine Spannung in einem Plateaubereich früher als eine andere der Energiespeichervorrichtungen 3. Die Anomalie einer montierten Batterie kann durch das Laden und Entladen nahe dem Ladeendpunkt effizient detektiert werden.
Das Anomalie-Detektionsverfahren kann das Detektieren einer Anomalie der montierten Batterie basierend auf einem Vergleich zwischen einem ersten Verschlechterungsgrad einer Energiespeichervorrichtung in der montierten Batterie und einem ersten Verschlechterungsgrad einer anderen Energiespeichervorrichtung umfassen.
Beispielsweise kann eine Anomalie einer montierten Batterie auf geeignete Weise basierend auf einem Unterschied in den ersten Verschlechterungsgraden zwischen den Energiespeichervorrichtungen detektiert werden.
Das Anomalie-Detektionsverfahren kann das Schätzen eines zweiten Verschlechterungsgrades der Energiespeichervorrichtungen basierend auf einer Verwendungshistorie der Energiespeichervorrichtungen und das Vergleichen des ersten Verschlechterungsgrades und des zweiten Verschlechterungsgrades in jeder der Energiespeichervorrichtungen umfassen.
Durch das Vergleichen und Zuordnen des ersten Verschlechterungsgrades und des zweiten Verschlechterungsgrades, die durch unterschiedliche Verfahren erhalten wurden, ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit des ersten Verschlechterungsgrades und des zweiten Verschlechterungsgrades zu schätzen. Beispielsweise ist es in einem Fall, in dem die Wahrscheinlichkeit des basierend auf der Verwendungshistorie geschätzten zweiten Verschlechterungsgrades angesichts des basierend auf dem Laden und Entladen nahe dem Ladeendpunkt geschätzten ersten Verschlechterungsgrades als gering bestimmt wird, möglich, eine Korrektur, Aktualisierung oder dergleichen des zweiten Verschlechterungsgrades basierend auf dem ersten Verschlechterungsgrad zu bewältigen.
Das Anomalie-Detektionsverfahren kann das Erfassen einer Spannung von jeder der Energiespeichervorrichtungen in einem Lade-Entlade-Bereich von 3,2 V oder höher umfassen.
In einer herkömmlichen LFP-Batterie beträgt die Spannung in einem Plateaubereich etwa 3,2 V, und in dem Bereich findet eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions statt. Bei einer herkömmlichen LFP-Batterie ist die Vollladespannung auf etwa 3,4 V eingestellt. Eine Spannungsänderung zwischen 3,2 V und 3,4 V hängt nicht von der Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions ab und ist sehr steil. Andererseits sind in einem Fall, in dem das positive Aktivmaterial Lithium-Übergangsmetalloxid enthält, das eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in einem Spannungsbereich ermöglicht, der höher ist als der von Lithiumeisenphosphat, werden das Laden und Entladen bei 3,2 V oder höher ebenfalls durch Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions verursacht. Durch das Erfassen der Spannung jeder der Energiespeichervorrichtungen in diesem Lade-Entlade-Bereich kann ein Zustand jeder Energiespeichervorrichtung genau geschätzt werden.
Die Anomalie-Detektionsvorrichtung detektiert eine Anomalie einer montierten Batterie, die eine Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen aufweist. Jede der Energiespeichervorrichtungen enthält als positives Aktivmaterial Lithiumeisenphosphat und Lithium-Übergangsmetalloxid, das eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in einem Potentialbereich ermöglicht, der höher ist als der des Lithiumeisenphosphats, und ein Verhältnis einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des Lithium-Übergangsmetalloxids zu einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des positiven Aktivmaterials in einem Lade-Entlade-Bereich, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, ist 5% oder höher Die Anomalie-Detektionsvorrichtung umfasst eine Erfassungseinheit, die eine Spannung von jeder der Energiespeichervorrichtungen nahe einem Ladeendpunkt in dem Lade-Entlade-Bereich erfasst, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, und eine Detektionseinheit, die eine Anomalie in der montierten Batterie unter Verwendung der durch die Erfassungseinheit erfassten Spannung der Energiespeichervorrichtungen detektiert.
Eine Energiespeichereinrichtung umfasst eine montierte Batterie, die eine Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen und die oben beschriebene Anomalie-Detektionsvorrichtung umfasst.
Ein Computerprogramm veranlasst einen Computer, eine Anomalie einer montierten Batterie mit einer Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen zu detektieren. Jede der Energiespeichervorrichtungen enthält als positives Aktivmaterial Lithiumeisenphosphat und Lithium-Übergangsmetalloxid, das eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in einem Potentialbereich ermöglicht, der höher ist als der des Lithiumeisenphosphats, und ein Verhältnis einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des Lithium-Übergangsmetalloxids zu einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des positiven Aktivmaterials in einem Lade-Entlade-Bereich, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, ist 5% oder höher. Das Computerprogramm bewirkt, dass der Computer eine Verarbeitung zum Erfassen einer Spannung von jeder der Energiespeichervorrichtungen nahe einem Ladeendpunkt in einem Lade-Entlade-Bereich ausführt, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, und das Detektieren einer Anomalie in der montierten Batterie unter Verwendung der erfassten Spannung der Energiespeichervorrichtungen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung speziell unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
(Erste Ausführungsform)
Die 1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Energiespeichereinrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt. Die Energiespeichereinrichtung 1 umfasst eine Anomalie-Detektionsvorrichtung 2, eine montierte Batterie 30, die eine Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen 3 enthält, und einen Halter 4, der die montierte Batterie aufnimmt oder hält. Eine der montierten Batterien 30 ist durch das Verbinden der Energiespeichervorrichtungen 3 konfiguriert. Dargestellt in dem Beispiel aus der 1 ist eine durch sechs in Reihe geschaltete Energiespeichervorrichtungen 3 konfigurierte montierte Batterie 30. Einige der Energiespeichervorrichtungen 3 können parallel geschaltet sein.
Die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 ist eine Leiterplatte mit einer flachen Plattenform, die auf oberen Flächen der Energiespeichervorrichtungen 3 angeordnet ist, einen Zustand von jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt schätzt und eine Anomalie der montierten Batterie 30 detektiert. Insbesondere erfasst die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 Messdaten einschließlich der Spannung der Energiespeichervorrichtung 3 und des durch die Energiespeichervorrichtung 3 fließenden Stroms und schätzt einen Zustand jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 basierend auf den erfassten Messdaten. Die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 detektiert eine Anomalie der Energiespeichervorrichtung 3 und der montierten Batterie 30 basierend auf einem Zustand jeder der Energiespeichervorrichtungen 3.
In der 1 ist die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 nahe einer oberen Fläche der Energiespeichervorrichtung 3 angeordnet. Alternativ kann sich der Anordnungsort nahe einer Seitenfläche der Energiespeichervorrichtung 3 oder nahe einer unteren Fläche der Energiespeichervorrichtung 3 befinden. Eine Form der Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 ist nicht auf eine flache Plattenform beschränkt. Die Anomalie-Detektionsvorrichtung kann eine Zellenüberwachungseinheit (CMU) und eine Batteriemanagementeinheit (BMU) enthalten, die mit einer CMU kommunizierbar ist. Wie in der 1 dargestellt, kann die Konfiguration derart sein, dass nur eine CMU nahe den Energiespeichervorrichtungen 3 angeordnet ist und eine BMU an einem von den Energiespeichervorrichtungen 3 entfernten Ort angeordnet ist. Zusätzlich zu einer CMU und/oder einer BMU kann die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 eine Servervorrichtung enthalten, die entfernt von der Energiespeichervorrichtung 3 angeordnet ist und mit einer CMU oder einer BMU oder einer elektronischen Steuereinheit (ECU) kommunizierbar verbunden ist. Ein Ort, an dem eine Anomaliedetektion einer montierten Batterie durchgeführt wird, ist nicht beschränkt und eine Anomaliedetektion kann beispielsweise durch eine BMU durchgeführt werden oder kann durch eine Servervorrichtung oder eine ECU durchgeführt werden.
Die Energiespeichervorrichtung 3 ist eine Batteriezelle, wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie. Die Energiespeichervorrichtung 3 wird auf eine Leistungsquelle für ein Automobil, wie etwa ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) oder ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV), eine Leistungsquelle für ein elektronisches Gerät, eine Leistungsquelle zur Stromspeicherung und dergleichen in einem Zustand einer montierten Batterie angewendet, bei der die Energiespeichervorrichtungen 3 elektrisch verbunden sind.
Die 1 veranschaulicht ein einzelnes Energiespeichermodul als Energiespeichereinrichtung 1. Alternativ kann die Energiespeichereinrichtung 1 eine sogenannte Hochspannungsstromversorgung sein, wie etwa ein Energiespeicherpaket oder eine Energiespeicheranlage, die eine Vielzahl von Energie-Speichermodulen enthält.
Die 2 und 3 veranschaulichen ein weiteres Beispiel für die Energiespeichereinrichtung 1, die 2 ist eine perspektivische Ansicht der Energiespeichereinrichtung 1 und die 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Energiespeichereinrichtung 1. Die Energiespeichereinrichtung 1 ist was als eine Niederspannungs-Stromversorgung wie etwa eine 12-V-Stromversorgung oder eine 48-V-Stromversorgung bezeichnet wird, die geeigneter Weise an einem Motorfahrzeug, einem EV, einem HEV oder einem PHEV montiert ist.
Die Energiespeichereinrichtung 1 umfasst ein rechteckiges Parallelepiped-Gehäuse 4a, das die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 und die montierte Batterie 30 einschließlich der Energiespeichervorrichtungen 3 aufnimmt. Die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 ist eine BMU. Die Energiespeichervorrichtung 3 ist eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie. Das Gehäuse 4a nimmt auch eine Vielzahl von Stromschienen 5, einen Stromsensor 7 (siehe die 4) und dergleichen auf. In den 2 und 3 ist die Energiespeichereinrichtung 1 eine 12-V-Stromversorgung, und eine der durch das Verbinden von vier der Energiespeichervorrichtungen 3 in Reihe konfigurierten montierten Batterien 30 ist in dem Gehäuse 4a untergebracht.
Das Gehäuse 4a ist aus Kunstharz hergestellt. Das Gehäuse 4a umfasst einen Gehäusekörper 41, einen Deckelabschnitt 42, der einen Öffnungsabschnitt des Gehäusekörpers 41 schließt, einen Gehäuseabschnitt 43, der an einer Außenfläche des Deckelabschnitts 42 vorgesehen ist, eine Abdeckung 44, die den Gehäuseabschnitt 43 abdeckt, einen inneren Deckel 45 und eine Trennplatte 46. Der innere Deckel 45 und die Trennplatte 46 müssen nicht vorgesehen sein. Die Energiespeichervorrichtung 3 ist zwischen den Trennplatten 46 des Gehäusekörpers 41 eingefügt.
Die aus Metall hergestellten Stromschienen 5 sind auf den inneren Deckel 45 platziert. Der innere Deckel 45 ist nahe einer Anschlussfläche angeordnet, wo ein Anschluss 32 der Energiespeichervorrichtung 3 vorgesehen ist, wobei die benachbarten Anschlüsse 32 der benachbarten Energiespeichervorrichtungen 3 durch die Stromschiene 5 verbunden und die Energiespeichervorrichtungen 3 in Reihe geschaltet sind.
Der Gehäuseabschnitt 43 weist eine Kastenform auf und hat einen vorstehenden Abschnitt 43a, der in Draufsicht an einem zentralen Abschnitt einer langen Seitenfläche nach außen vorsteht. Auf beiden Seiten des vorstehenden Abschnitts 43a des Deckelabschnitts 42 ist ein Paar externer Anschlüsse 6 und 6 vorgesehen, die aus einem Metall, wie etwa einer Bleilegierung bestehen und unterschiedliche Polaritäten haben. Der Gehäuseabschnitt 43 nimmt die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 auf. Die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 ist mit der Energiespeichervorrichtung 3 über einen (nicht dargestellten) Leiter verbunden. Die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 verwaltet einen Zustand der Energiespeichervorrichtungen 3 und steuert jeden Teil der Energiespeichereinrichtung 1.
Die Energiespeichervorrichtung 3 umfasst ein Gehäuse 31 mit einer hohlen rechteckigen Parallelepipedform und ein Paar Anschlüsse 32 und 32 mit unterschiedlichen Polaritäten, die auf einer Seitenfläche (Anschlussfläche) des Gehäuses 31 bereitgestellt sind. Das Gehäuse 31 nimmt eine durch das Stapeln einer positiven Elektrode 33a, eines Separators 33b und einer negativen Elektrode 33c und eines (nicht dargestellten) Elektrolyts (Elektrolytlösung) gebildete Elektrodenanordnung 33 auf.
Die Elektrodenanordnung 33 wird konfiguriert, indem die positive Elektrode 33a mit einer blattähnlichen Form, auf der eine positive Aktivmaterialschicht ausgebildet ist, und eine negative Elektrode 33c mit einer blattähnlichen Form, auf der eine negative Aktivmaterialschicht ausgebildet ist, übereinander ausgebildet sind, wobei zwei der Separatoren 33b zwischen sich eine blattähnliche Form angeordnet haben, und diese gewickelt sind (Längswickeln oder Querwickeln). Der Separator 33b ist aus einem porösen Harzfilm gebildet. Als poröser Harzfilm kann ein poröser Harzfilm aus einem Harz wie Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) verwendet werden.
Die positive Aktivmaterialschicht enthält ein positives Aktivmaterial. Die positive Aktivmaterialschicht kann weiterhin einen leitenden Hilfsstoff, ein Bindemittel und dergleichen enthalten. Als positives Aktivmaterial wird ein gemischtes positives Aktivmaterial verwendet, das ein erstes positives Aktivmaterial als Hauptkomponente und ein zweites positives Aktivmaterial enthält. Sowohl das erste positive Aktivmaterial als auch das zweite positive Aktivmaterial ermöglichen die Insertion und das Freisetzen eines Lithium-Ions und weisen unterschiedliche Potentialbereiche auf, in denen eine Insertionsreaktion und eine Freisetzungsreaktion eines Lithium-Ions stattfinden. Das zweite positive Aktivmaterial ermöglicht eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in einem Potentialbereich, der höher als der des ersten positiven Aktivmaterials ist. Es ist zu beachten, dass der mit der Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in Verbindung stehende Potentialbereich später beschrieben wird.
Das erste positive Aktivmaterial ist Lithiumeisenphosphat (LiFePO₄), das Lithium und Eisen als konstituierende Elemente enthält.
Das zweite positive Aktivmaterial enthält Lithium und ein Übergangsmetallelement als konstituierende Metallelemente und Aktivmaterialteilchen, die aus Lithium-Übergangsmetalloxid (im Folgenden auch als Nichteisen-Lithiumverbindung bezeichnet) mit einem höheren Potenzial für die Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions bestehen, als das des ersten positiven Aktivmaterials. Beispiele für das zweite positive Aktivmaterial umfassen Lithium-Verbundoxid auf Manganbasis, Lithium-Verbundoxid auf Kobaltbasis und Lithium-Verbundoxid auf Nickelbasis. Diese Oxide werden typischerweise durch allgemeine Formeln dargestellt: LiMnO₂, LiCoO₂, LiNiO₂, Li (Ni, Mn, Co) O₂. Das zweite positive Aktivmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt nicht aus, dass eine kleine Menge anderer Elemente enthalten ist, solange die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird. Das zweite positive Aktivmaterial kann eine feste Lösung bilden.
Die negative Aktivmaterialschicht enthält ein negatives Aktivmaterial. Beispiele des negativen Aktivmaterials umfassen Kohlenstoffmaterialien wie Graphit, Hartkohlenstoff und Weichkohlenstoff. Die negative Aktivmaterialschicht kann weiterhin ein Bindemittel, ein Verdickungsmittel und dergleichen enthalten.
Als Elektrolyt, der zusammen mit der Elektrodenanordnung 33 in dem Aufnahmegehäuse 4a aufgenommen ist, kann der gleiche Elektrolyt wie derjenige einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendet werden. Als Elektrolyt kann beispielsweise ein Elektrolyt verwendet werden, der einen Grundelektrolyt in einem organischen Lösungsmittel enthält. Als organisches Lösungsmittel wird beispielsweise ein aprotisches Lösungsmittel wie Carbonate, Ester und Ether verwendet. Als Grundelektrolyt wird beispielsweise geeigneter Weise ein Lithiumsalz wie LiPF₆, LiBF₄, oder LiClO₄ verwendet. Der Elektrolyt kann zum Beispiel verschiedene Zusatzstoffe wie ein Gaserzeugungsmittel, ein Filmbildungsmittel, ein Dispergiermittel und ein Verdickungsmittel enthalten.
In den 2 und 3 wird eine prismatische Lithium-Ionen-Batterie, die die wicklungsartige Elektrodenanordnung 33 enthält, als ein Beispiel für die Energiespeichervorrichtung 3 beschrieben. Alternativ kann die Energiespeichervorrichtung 3 eine zylindrische Lithium-Ionen-Batterie sein. Die Energiespeichervorrichtung 3 kann eine Lithium-lonenbatterie sein, die eine stapelartige Elektrodenanordnung aufweist, oder eine laminatartige (taschenartige Lithium-Ionenbatterie oder dergleichen sein. Darüber hinaus kann die Energiespeichervorrichtung 3 eine Festkörper-Lithium-Ionen-Batterie sein, die einen Festelektrolyten verwendet.
Die 4 ist ein Blockdiagramm einer Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 und dergleichen. Die Energiespeichereinrichtung 1 umfassend die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 ist mit einer Fahrzeug-ECU 8 und einer Last 9 wie etwa einem Anlassermotor zum Starten eines Motors und einer elektrischen Komponente verbunden. Die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 umfasst eine Recheneinheit 21, eine Speichereinheit 22, eine Spannungsmesseinheit 23, eine Eingangseinheit 24, eine Ausgangseinheit 25 und dergleichen.
Die Recheneinheit 21 ist eine arithmetische Schaltung, die eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und dergleichen enthält. Die in der Recheneinheit 21 enthaltene CPU führt verschiedene im ROM oder der Speichereinheit 22 gespeicherte Computerprogramme aus und steuert den Betrieb jeder der oben beschriebenen Hardwareeinheiten, um zu bewirken, dass die gesamte Vorrichtung als die Anomalie-Detektionsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung funktioniert. Die Recheneinheit 21 kann eine Funktion eines Zeitgebers haben, der die verstrichene Zeit misst, wenn eine Messstartanweisung gegeben wird bis dass eine Messendeanweisung gegeben wird, einen Zähler, der die Anzahl zählt, eine Uhr, die Datums- und Zeitinformationen ausgibt, und dergleichen.
Die Speichereinheit 22 ist eine Speichervorrichtung wie etwa ein Flash-Speicher. Die Speichereinheit 22 speichert verschiedene Computerprogramme und Daten. Die in der Speichereinheit 22 gespeicherten Computerprogramme umfassen zum Beispiel ein Anomalie-Detektionsprogramm 221 das bewirkt, dass die Recheneinheit 21 eine Berechnung bezüglich einer Anomaliedetektion der Energiespeichereinrichtung 1 ausführt.
Das Anomalie-Detektionsprogramm 221 wird zum Beispiel durch ein nicht flüchtiges Aufzeichnungsmedium M bereitgestellt, auf dem ein Computerprogramm in lesbarer Weise aufgezeichnet ist. Das Aufzeichnungsmedium M ist ein tragbarer Speicher wie beispielsweise eine CD-ROM, ein USB-Speicher oder eine sichere digitale (SD) Karte. Die Recheneinheit 21 liest ein gewünschtes Computerprogramm von dem Aufzeichnungsmedium M unter Verwendung einer (nicht dargestellten) Lesevorrichtung und speichert das gelesene Computerprogramm in der Speichereinheit 22. Alternativ kann das Computerprogramm durch Kommunikation bereitgestellt sein.
Die Speichereinheit 22 kann eine Tabelle speichern, die eine später zu beschreibende Beziehung zwischen der Spannung und einem Ladezustand (SOC) der Energiespeichervorrichtung 3 angibt.
Die Spannungsmesseinheit 23 ist über eine Spannungsdetektionsleitung mit beiden Enden der Energiespeichervorrichtung 3 verbunden. Die Spannungsmesseinheit 23 misst einen Spannungswert jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 zu vorbestimmten Zeitintervallen, um die Spannung jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 und die Gesamtspannung einer montierten Batterie zu erfassen. Die Recheneinheit 21 erfasst einen Spannungswert durch die Spannungsmesseinheit 23.
Die Eingangseinheit 24 umfasst eine Schnittstelle zum Anschließen des Stromsensors 7. Die Eingangseinheit 24 empfängt ein Signal, das sich auf den Strom bezieht, der durch den Stromsensor 7 zu vorbestimmten Zeitintervallen gemessen wird. Die Recheneinheit 21 erfasst einen aktuellen Wert durch die Eingangseinheit 24.
Ein Temperatursensor, wie etwa ein Thermoelement oder ein Thermistor, kann weiterhin mit der Eingangseinheit 24 verbunden sein. Die Recheneinheit 21 erfasst durch den Temperatursensor gemessene Temperaturdaten der Energiespeichervorrichtung 3 oder der Energiespeichereinrichtung 1 über die Eingangseinheit 24.
Die Ausgangseinheit 25 kann eine Kommunikationseinheit sein oder kann eine Schnittstelle zum Anschließen eines externen Geräts umfassen. Ein Beispiel für das externe Gerät ist ein (nicht dargestelltes) Anzeigegerät, wie z. B. eine Flüssigkristallanzeige. Alternativ kann das externe Gerät ein (nicht dargestelltes) Endgerät sein, wie etwa ein Computer oder ein Smartphone, das von dem Benutzer verwendet wird. Die Recheneinheit 21 gibt ein Anomaliedetektions-Ergebnis der montierten Batterie 30 von der Ausgangseinheit 25 an die externe Vorrichtung aus.
Die Energiespeichereinrichtung 1 kann einen Ausgleichsregler zum Reduzieren einer Spannungsdifferenz zwischen den Energiespeichervorrichtungen 3 aufweisen. Der Ausgleichsregler ist eine Schaltung, die parallel zu jeder Energiespeichervorrichtung geschaltet eine Entladelast und einen Schalter enthält und bewirkt, dass Strom durch die Entladungslast fließt, um eine elektrische Menge der Energiespeichervorrichtung zu verbrauchen. In einem Fall, in dem ein Spannungswert irgendeiner der Energiespeichervorrichtungen 3 ein vorbestimmter Wert (Betriebsschwellenwert) oder höher ist, betreibt die Recheneinheit 21 den Ausgleichsregler der Energiespeichervorrichtung 3. In einem Fall, in dem der Ausgleichsregler in Betrieb und der Schalter eingeschaltet ist, fließt ein Teil des von außerhalb der Energiespeichervorrichtung 3 zum Laden zugeführten Stroms zum Ausgleichsregler und es wird eine elektrische Menge verbraucht.
Die Recheneinheit 21 schätzt einen Zustand der Energiespeichervorrichtung 3 basierend auf einem erfassten Stromwert, Spannungswert, einer Temperatur und dergleichen und detektiert eine Anomalie der Energiespeichereinrichtung 1.
Hier werden Lade-Entlade-Eigenschaften der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung von gemischtem positivem Aktivmaterial der vorliegenden Ausführungsform im Detail beschrieben.
Zunächst werden Lade-Entlade-Eigenschaften in einem Fall beschrieben, in dem Lithiumeisenphosphat und eine Nichteisen-Lithiumverbindung allein verwendet werden. Hiernach wird als Lade-Entlade-Charakteristik eine Lade-Entlade-Kurve beschrieben, die eine Beziehung zwischen einem Ladezustand (SOC) und einer Spannung der Energiespeichervorrichtung darstellt. Die Lade-Entlade-Kurve ist ein Diagramm, das einen Ladezustand (SOC) (%) auf der horizontalen Achse und eine Spannung (V) auf der vertikalen Achse zeigt.
Beispielsweise wird im Fall einer LFP-Batterie, die LiFePO4 als positives Aktivmaterial und Graphit als negatives Aktivmaterial enthält, eine SOC-Leerlaufspannungs(OCV)-Kurve erhalten, in der ein Plateaubereich vorliegt, in dem ein Spannungsanstieg extrem sanft in einem weiten Bereich von SOC 5 % bis 95 % ansteigt, nachdem die Spannung in einer Anfangsphase des Ladevorgangs ansteigt, wenn der SOC niedrig ist, und die Spannung am Ende des Ladevorgangs schnell ansteigt. Die Spannung variiert in einem Bereich von etwa 3,4 V oder weniger und hat einen Plateaubereich um 3,2 V. Diese Plateauspannung ist eine Spannung, bei der eine Insertionsreaktion oder Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in LiFePO₄ stattfindet. Die Insertionsreaktion oder Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions ist an einem Plateauendpunkt fast abgeschlossen, und ein nachfolgender Spannungsanstieg hängt nicht von der Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions ab und ist sehr steil. Wie oben beschrieben, ändert sich in einem Fall, in dem Lithiumeisenphosphat allein verwendet wird, die Spannung in einem weiten Bereich eines Ladezustands (SOC) kaum, und ein Bereich eines Ladezustands (SOC), in dem eine Spannungsänderung detektiert werden kann, ist sehr eng.
Andererseits wird beispielsweise im Fall einer ternären Batterie, die LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂ (NCM111) als positives Aktivmaterial und Graphit als negatives Aktivmaterial enthält, eine SOC-OCV-Kurve erhalten, in der die Spannung nach dem Spannungsanstieg in einer Anfangsladestufe bis zu SOC 100 % ansteigt. Die Spannung variiert in einem Bereich von etwa 3,4 V bis 4,1 V. Wie oben beschrieben, weist in einem Fall, in dem eine Nichteisen-Lithiumverbindung allein verwendet wird, eine Lade-Entlade-Kurve eine Steigung in einem weiten Bereich eines Ladezustands (SOC) auf und somit ist eine Änderung der Spannung leicht zu detektieren.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich auf die Tatsache konzentriert, dass ein Potentialbereich, in dem eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions möglich ist, und der Grad einer Potentialänderung in Abhängigkeit von einer Art eines positiven Aktivmaterials variieren. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass eine Nichteisen-Lithiumverbindung mit hohem Potential, das eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions ermöglicht, mit einem positiven Aktivmaterial gemischt wird, das Lithiumeisenphosphat als Hauptkomponente enthält, eine Potentialänderung aufgrund von zwei oder mehr Arten von positive Aktivmaterialien sich in einer Spannungsänderung einer Lade-Entlade-Kurve widerspiegelt, ein Zustand der Energiespeichervorrichtung 3 unter Verwendung der Spannungsänderung geschätzt wird, und eine Anomalie der montierten Batterie 30 detektiert werden kann.
Die 5 ist eine Lade-Entlade-Kurve, die eine Beziehung zwischen dem Ladezustand (SOC) und der Spannung für ein gemischtes positives Aktivmaterial aus Lithiumeisenphosphat und einer Nichteisen-Lithiumverbindung zeigt. Die horizontale Achse repräsentiert einen Ladezustand (SOC) (%) und die vertikale Achse repräsentiert die Spannung (V). Eine durchgezogene Linie in der 5 zeigt eine Ladekurve an, und eine unterbrochene Linie zeigt eine Entladekurve an. Obwohl nicht dargestellt, befindet sich eine OCV anzeigende Kurve ungefähr in der Mitte zwischen der Ladekurve und der Entladekurve. Als positives Aktivmaterial wurden LiFePO₄ und NCM111 verwendet. Als negatives Aktivmaterial wurde Graphit verwendet. Ein Verhältnis zwischen einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge von LiFePO₄ und einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge von NCM111 beträgt beispielsweise 90:10.
Wie in der 5 dargestellt, bilden sich in der Lade-Entladekurve im Fall der Verwendung des gemischten positiven Aktivmaterials ein Anstiegsbereich R1, in dem die Spannung ansteigt, ein Plateaubereich R2, in dem sich die Spannung kaum ändert, und ein Änderungsbereich R3, in dem die Spannung mit einer Steigung ansteigt (sich ändert). In dem Beispiel der 5 bildet sich der Anstiegsbereich R1 in einem Bereich von SOC 0 % bis weniger als etwa 5 %, bildet sich der Plateaubereich R2 in einem Bereich von SOC von etwa 5 % bis weniger als 90 %, und bildet sich der Änderungsbereich R3 in einem Bereich von SOC 90 % bis 100 %. Der Anstiegsbereich R1 und der Plateaubereich R2 liegen in einem Bereich (SOC 0 % bis weniger als 90 %), in dem die Insertion und Extraktion eines Lithium-Ions in LiFePO₄ stattfindet. Der Änderungsbereich R3 ist ein Bereich (SOC 90 % bis 100 %), in dem die Insertion und Extraktion eines Lithium-Ions in dem NCM111 stattfindet. In dem Beispiel der 5 entspricht der Änderungsbereich R3 einem Bereich nahe dem Ladeendpunkt.
Ein Spannungsänderungsbereich im Anstiegsbereich R1 und im Plateaubereich R2 entspricht einem Betriebsspannungsbereich (3,4 V oder weniger) einer LFP-Batterie. Ein Spannungsänderungsbereich im Änderungsbereich R3 entspricht einem Betriebsspannungsbereich (3,4 V bis 4,2 V) einer ternären Batterie. Der Plateaubereich R2 bildet sich nahe einer Spannung von 3,2 V.
Der Änderungsbereich R3, das heißt ein Bereich nahe einem Ladeendpunkt, kann ein Lade-Entlade-Bereich von 3,2 V oder höher sein.
In der vorliegenden Ausführungsform wird durch das Mischen von LiFePO₄ und NCM111 ein Plateauendpunkt des Plateaubereichs im Vergleich zu einem Fall, in dem LiFePO₄ allein verwendet wird, in eine Richtung eines niedrigeren Ladezustands (SOC) bewegt (verschoben). Dadurch kann ein Bereich des nahe einem Ladeendpunkt ausgebildeten Änderungsbereichs R3 verbreitert werden, und eine Erhöhung der Spannung in dem Änderungsbereich R3 kann sanft ausgebildet werden. Ein Bereich des Änderungsbereichs R3 und eine Neigung der Spannung werden geeignetermaßen gemäß einem Mischungsverhältnis von LiFePO₄ und NCM111 eingestellt. Durch das Verwenden einer Spannungsänderung in dem Änderungsbereich R3 nahe einem Ladeendpunkt kann ein Zustand der Energiespeichervorrichtung 3 basierend auf der Spannung genau geschätzt werden, und eine Anomalie der montierten Batterie 30 kann in geeigneter Weise detektiert werden.
Für ein Gehaltsverhältnis einer Nichteisen-Lithiumverbindung (zweites positives Aktivmaterial) in der vorliegenden Ausführungsform beträgt eine Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge der Nichteisen-Lithiumverbindung bevorzugt 5% oder mehr in Bezug auf eine Ladungsmenge basierend auf a Gesamtmenge eines positiven Aktivmaterials. Da das Gehaltsverhältnis der Nichteisen-Lithiumverbindung höher ist, kann eine Spannungsänderung in einem breiteren SOC-Bereich detektiert werden. Aus diesem Grund beträgt das Gehaltsverhältnis der Nichteisen-Lithiumverbindung noch bevorzugter 10 % oder mehr. Wenn das Gehaltsverhältnis der Nichteisen-Lithiumverbindung geeignet ist, kann weiterhin eine Neigung der Lade-Entlade-Kurve geeignet ausgeführt werden, und eine vorbestimmte Sicherheit der Energiespeichervorrichtung 3 kann sichergestellt werden. Aus diesem Grund kann das Gehaltsverhältnis der Nichteisen-Lithiumverbindung weniger als 30 % betragen und noch bevorzugter weniger als 20 % betragen.
Die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 detektiert eine Anomalie der Energiespeichervorrichtung 3 durch das Messen eines Spannungswertes der Energiespeichervorrichtung 3 in dem oben beschriebenen Änderungsbereich R3. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Anomalie in Bezug auf einen internen Kurzschluss der Energiespeichervorrichtung 3 detektiert. Die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 erfasst einen von der Spannungsmesseinheit 23 gemessenen Spannungswert jeder der Energiespeichervorrichtungen 3. Durch das Bestimmen, ob eine Differenz in erfassten Spannungswerten zwischen den Energiespeichervorrichtungen 3 gleich oder höher als der erste Schwellenwert ist, wird das Auftreten eines internen Kurzschlusses der Energiespeichervorrichtung 3 detektiert. Ein Spannungswert der Energiespeichervorrichtung 3, in der ein interner Kurzschluss auftritt, ist niedriger als ein Spannungswert der normalen Energiespeichervorrichtung 3. Dementsprechend kann das Auftreten eines internen Kurzschlusses basierend auf einer Spannungsdifferenz von einem anderen einer der Energiespeichervorrichtungen 3 detektiert werden. Da ein Spannungswert in dem Änderungsbereich R3 erfasst wird, kann eine Variation in einem Spannungswert genau detektiert werden. Der erste Schwellenwert beträgt bevorzugt 300 mV oder weniger und noch bevorzugter 50 mV oder weniger und 20 mV oder mehr im Hinblick auf das genaue und zuverlässige Detektieren eines internen Kurzschlusses.
Wenn die Energiespeichereinrichtung 1 den Ausgleichsregler enthält, ist der erste Schwellwert, der verwendet wird, um einen internen Kurzschluss zu detektieren, bevorzugt höher als ein zweiter Schwellwert, der verwendet wird, um zu bestimmen, ob der Ausgleichsregler betrieben werden soll oder nicht. Beispielsweise gibt die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 eine Betriebsanweisung an den Ausgleichsregler aus, wenn bestimmt wird, dass eine Differenz der Spannungswerte zwischen den Energiespeichervorrichtungen 3 während des Ladens der montierten Batterie 30 der zweite Schwellenwert oder höher ist. Durch das Betreiben des Ausgleichsreglers der Energiespeichervorrichtung 3 mit einem höheren Spannungswert als die anderen der Energiespeichervorrichtungen 3 wird eine elektrische Menge in Bezug auf die Energiespeichervorrichtung 3 mit einem höheren Spannungswert eingestellt, und Ladezustände zwischen den Energiespeichervorrichtungen 3 werden ausgeglichen. Indem der erste Schwellwert mehr erhöht wird als der zweite Schwellwert für den Betrieb des Ausgleichsreglers, kann das Auftreten einer Spannungsdifferenz, die nicht durch den Betrieb des Ausgleichsreglers eliminiert wird, als interner Kurzschluss detektiert werden. Der zweite Schwellwert kann beispielsweise 10 mV betragen.
Die 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Anomaliedetektions-Verarbeitungsprozedur darstellt. Die Recheneinheit 21 der Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 führt die nachstehende Verarbeitung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt gemäß dem Anomalie-Detektionsprogramm 221 aus.
Während der Entladung jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 (während einer Insertionsreaktion eines Lithium-Ions in ein positives Aktivmaterial) erfasst die Recheneinheit 21 einen Spannungswert zwischen Anschlüssen der Energiespeichervorrichtungen 3 durch die Spannungsmesseinheit 23 (Schritt S11). In einem Fall, in dem die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 an einem entfernten Ort installiert ist, empfängt die Recheneinheit 21 durch die Kommunikation über die Ausgangseinheit 25 (Kommunikationseinheit) Messdaten der Energiespeichervorrichtung 3.
Die Recheneinheit 21 bestimmt eine Größenbeziehung zwischen dem erfassten Spannungswert und einem vorgegebenen Schwellenwert und bestimmt, ob der erfasste Spannungswert innerhalb des Änderungsbereichs R3 (nahe einem Ladeendpunkt) liegt oder nicht (Schritt S12). Falls bestimmt wird, dass der Spannungswert nicht innerhalb des Änderungsbereichs R3 liegt (Schritt S12: NEIN), beendet die Recheneinheit 21 die Verarbeitung. Wenn andererseits bestimmt wird, dass der Spannungswert innerhalb des Änderungsbereichs R3 liegt (Schritt S12: JA), fährt die Recheneinheit 21 mit der Verarbeitung fort und führt eine Anomaliedetektion aus. Die Recheneinheit 21 kann die Anomaliedetektion in einem Fall ausführen, in dem einer oder mehrere der erfassten Spannungswerte innerhalb des Änderungsbereichs R3 liegen.
Die Recheneinheit 21 berechnet eine Spannungsdifferenz, die eine Differenz zwischen einem niedrigsten Spannungswert und einem höchsten Spannungswert basierend auf dem erfassten Spannungswert von jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 angibt (Schritt S13). Die Recheneinheit 21 identifiziert einen niedrigsten Spannungswert und einen höchsten Spannungswert aus den erfassten Spannungswerten der Energiespeichervorrichtungen 3 und berechnet eine Differenz zwischen dem höchsten Spannungswert und dem niedrigsten Spannungswert, um eine Spannungsdifferenz zu berechnen.
Die Recheneinheit 21 bestimmt basierend auf der berechneten Spannungsdifferenz, ob ein interner Kurzschluss vorliegt (Schritt S14). Insbesondere bestimmt die Recheneinheit 21 eine Größenbeziehung zwischen der berechneten Spannungsdifferenz und dem im Voraus eingestellten ersten Schwellenwert und bestimmt, ob die berechnete Spannungsdifferenz gleich oder größer ist als der erste Schwellenwert, um zu bestimmen, ob ein interner Kurzschluss vorliegt.
In einem Fall, in dem bestimmt wird, dass kein interner Kurzschluss vorliegt, weil die berechnete Spannungsdifferenz kleiner als der erste Schwellenwert ist (Schritt S14: NEIN), beendet die Recheneinheit 21 die Verarbeitung. Die Recheneinheit 21 kann über die Ausgangseinheit 25 Informationen ausgeben, die angeben, dass die montierte Batterie 30 normal ist.
In einem Fall, in dem bestimmt wird, dass ein interner Kurzschluss vorliegt, weil die berechnete Spannungsdifferenz dem ersten Schwellenwert entspricht oder größer ist (Schritt S14: JA), gibt die Recheneinheit 21 Anomalie-Informationen über die Ausgangseinheit 25 aus, die angeben, dass eine Anomalie der montierten Batterie 30 detektiert ist (Schritt S15) und beendet eine Reihe von Teilen der Verarbeitung.
In der oben beschriebenen Verarbeitung kann die Recheneinheit 21 einen Anomalie-Grad bestimmen, der den Grad an Anomalie zusammen mit dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Anomalie der montierten Batterie 30 angibt. Der Anomalie-Grad wird in einer Vielzahl von Stufen beispielweise hoch, mittel und niedrig klassifiziert. Die Recheneinheit 21 bestimmt den Anomalie-Grad basierend auf einer berechneten Spannungsdifferenz und einer Vielzahl von voreingestellten Schwellenwerten. Die Recheneinheit 21 gibt Anomalie-Informationen entsprechend dem Anomalie-Grad aus. In einem Fall, in dem der Anomalie-Grad mittel oder niedrig ist, wird eine Warnnachricht als Information über den Anomalie-Grad oder eine Nachricht zum Anregen einer Reparatur oder eines Austauschs ausgegeben, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist. In einem Fall, in dem der Anomalie-Grad hoch ist, kann beispielsweise in Zusammenarbeit mit einer Vorrichtung, an der die montierte Batterie 30 montiert ist, eine höchst dringende Warnmeldung zwangsweise auf einer Anzeigevorrichtung oder dergleichen eines Fahrzeugs angezeigt werden oder ein Steuersignal zum sicheren Anhalten des Betriebs eines Gerätes kann ausgegeben werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann sich in der montierten Batterie 30 mit den Energiespeichervorrichtungen 3 der Änderungsbereich R3, in dem eine Spannungsdifferenz leicht detektiert wird, nahe einem Ladeendpunkt bilden, indem ein positives Aktivmaterial verwendet wird, in dem Lithiumeisenphosphat als eine Hauptkomponente und eine Nichteisen-Lithiumverbindung gemischt werden. Ein interner Kurzschluss kann basierend auf einer in dem Änderungsbereich R3 detektierten Spannungsdifferenz genau detektiert werden.
In einem Ladegerät für eine in herkömmlicher Weise in einem Fahrzeug montierte 12-V-Blei-Säure-Batterie wird eine Konstantspannungsladung von 14,8 V durchgeführt. In einem Fall, in dem dieses Ladegerät in der Energiespeichereinrichtung 1 verwendet wird, die die montierte Batterie 30 enthält, in der vier der Energiespeichervorrichtungen 3 in Reihe geschaltet sind, besteht die Möglichkeit, dass in der Energiespeichervorrichtung 3 unter Verwendung von LiFePO4 alleine als positives Aktivmaterial eine Überladung auftritt. Durch das Mischen von LiFePO₄ und NCM111 wird die Spannung, bei der eine Batterie vollständig geladen ist, hoch, so dass ein Ladegerät für eine 12-V-Blei-Säure-Batterie geeigneter Weise verwendet werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Beispiel beschrieben, in dem die Recheneinheit 21 der Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 jeden Teil der Verarbeitung in der in dem Flussdiagramm der 6 beschriebenen Verarbeitung ausführt. Alternativ kann durch die Ausgangseinheit 25 (Kommunikationseinheit), die mit einer (nicht dargestellten) externen Vorrichtung kommuniziert, die Recheneinheit 21 der Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 die Verarbeitung in Zusammenarbeit ausführen. Ein Verarbeitungssubjekt, das eine Anomaliedetektion durchführt, ist nicht auf die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 beschränkt.
(Zweite Ausführungsform)
In einer zweiten Ausführungsform wird eine Anomalie in Bezug auf einen Verschlechterungsgrad der Energiespeichervorrichtung 3 detektiert. Im Folgenden wird hauptsächlich ein Unterschied zu der ersten Ausführungsform beschrieben, und eine mit der ersten Ausführungsform identische Konfiguration wird mit demselben Bezugszeichen bezeichnet und eine detaillierte Beschreibung der Konfiguration wird weggelassen.
Der Verschlechterungsgrad kann die Vollladungskapazität oder ein Ladungserhaltungsverhältnis der Energiespeichervorrichtung 3 sein. Das Ladungserhaltungsverhältnis wird auch als Gesundheitszustand (SOH) bezeichnet und ist ein Verhältnis der Vollladungskapazität zum Zeitpunkt der Verschlechterung zu der anfänglichen Vollladungskapazität der Energiespeichervorrichtung 3. Die Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 schätzt einen Verschlechterungsgrad jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 durch das Laden und Entladen in der Änderungsregion R3 (nahe dem Ladeendpunkt) und detektiert eine Anomalie der montierten Batterie 30 basierend darauf, ob ein Verschlechterungsgrad eines Teils der Energiespeichervorrichtungen 3 im Vergleich zu einer anderen der Energiespeichervorrichtungen 3 über einen zulässigen Bereich hinausgeht oder nicht.
Die 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Anomaliedetektions-Verarbeitungsprozedur gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. Beim Laden und Entladen jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 führt die Recheneinheit 21 der Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 die nachstehende Verarbeitung gemäß dem Anomalie-Detektionsprogramm 221 aus. Im Folgenden wird die Verarbeitung zum Schätzen des Ladungserhaltungsverhältnisses als Verschlechterungsgrad beschrieben.
In jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 werden die Ladung und Entladung in der Änderungsregion R3 durchgeführt. Die Recheneinheit 21 erfasst einen Stromwert der montierten Batterie 30 durch die Eingangseinheit 24 in vorbestimmten Intervallen während des Ladens und Entladens (Schritt S21). Weiterhin erfasst die Recheneinheit 21 einen Spannungswert zwischen Anschlüssen jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 durch die Spannungsmesseinheit 23 (Schritt S22).
Basierend auf dem erfassten Stromwert und Spannungswert erfasst die Recheneinheit 21 eine Ladungsmenge oder Entlade-Kapazität jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 in der Änderungsregion R3 (nahe einem Ladeendpunkt) (Schritt S23).
Die Recheneinheit 21 schätzt einen ersten Verschlechterungsgrad (SOH) in jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 (Schritt S24). Beispielsweise kann der erste Verschlechterungsgrad jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 auf der Grundlage des Verhaltens zum Zeitpunkt, zu dem die Entladung eine Spannung in einem Plateaubereich erreicht (sich verringert), von einer Spannung, die einem fast vollen Ladezustand entspricht, geschätzt werden. Die Energiespeichervorrichtung 3, in der die Verschlechterung fortschreitet, befindet sich in einem Zustand, in dem ein Ladeendpunkt entlang der horizontalen Achsenrichtung in der 5 nach links verschoben ist, und erreicht eine Spannung in einem Plateaubereich früher als eine andere der Energiespeichervorrichtungen 3.
Die Recheneinheit 21 vergleicht den geschätzten ersten Verschlechterungsgrad jeder der Energiespeichervorrichtungen 3 (Schritt S25) und bestimmt, ob die montierte Batterie 30 anormal ist oder nicht (Schritt S26). Genauer gesagt identifiziert die Recheneinheit 21 einen höchsten Wert und einen niedrigsten Wert aus den erfassten ersten Verschlechterungsgraden SOH der Energiespeichervorrichtungen 3 und berechnet eine Differenz zwischen dem höchsten Wert und dem niedrigsten Wert. Die Recheneinheit 21 bestimmt das Vorhandensein oder Fehlen einer Anomalie indem bestimmt wird, ob die berechnete Differenz zwischen dem höchsten Wert und dem niedrigsten Wert gleich oder größer als ein Schwellenwert ist oder nicht. In einem Fall, in dem die Differenz zwischen dem höchsten Wert und dem niedrigsten Wert gleich oder größer als der Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass eine Anomalie vorliegt. In einem Fall, in dem die Differenz zwischen dem höchsten Wert und dem niedrigsten Wert geringer als der Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass keine Anomalie vorliegt.
In einem Fall, in dem bestimmt wird, dass die montierte Batterie 30 nicht anormal ist (Schritt S26: NEIN), beendet die Recheneinheit 21 die Verarbeitung. Die Recheneinheit 21 kann über die Ausgangseinheit 25 Informationen ausgeben, die angeben, dass die montierte Batterie 30 normal ist.
In einem Fall, in dem bestimmt wird, dass die montierte Batterie 30 anormal ist (Schritt S26: JA), gibt die Recheneinheit 21 durch die Ausgangseinheit 25 eine Anomalie-Information aus, die angibt, dass eine Anomalie der montierten Batterie 30 detektiert wird (Schritt S27), und beendet eine Reihe von Teilen der Verarbeitung.
In der obigen Beschreibung wird eine Anomalie durch eine Differenz zwischen einem höchsten Wert und einem niedrigsten Wert bestimmt. Alternativ kann die Recheneinheit 21 einen ersten Referenz-Verschlechterungsgrad (zum Beispiel einen höchsten Wert oder einen niedrigsten Wert) aus den erfassten ersten Verschlechterungsgraden der Energiespeichervorrichtungen 3 identifizieren, eine Differenz zwischen dem identifizierten ersten Referenz-Verschlechterungsgrad und den ersten Verschlechterungsgrad einer anderen der Energiespeichervorrichtungen 3 berechnen und einen Schwellenwert bestimmen. Die Anomaliedetektion muss nur einen Zustandsunterschied zwischen den Energiespeichervorrichtungen 3 detektieren.
Oben wird das Ladungserhaltungsverhältnis (Verschlechterungsgrad) als ein Zustand der Energiespeichervorrichtung 3 geschätzt. Alternativ kann die Recheneinheit 21 einen Ladezustand (SOC) als einen Zustand der Energiespeichervorrichtung 3 schätzen Beispielsweise wird der SOC unter Verwendung der nachstehenden Gleichung (1) berechnet. ${SOC}_{i} = {SOC}_{i-1} + I_{i} \times Δ t_{i} /Q \times 100$
SOC ist ein aktueller SOC, SOCi_-1, ist ein vorheriger SOC, I_i ist ein aktueller Wert, Δt_i ist ein Zeitintervall und Q ist eine Vollladungskapazität.
Eine Anomalie der montierten Batterie 30 kann in einem Fall detektiert werden, in dem ein SOC einiger der Energiespeichervorrichtungen 3 um mehr als ein SOC einer anderen der Energiespeichervorrichtungen 3 über einen zulässigen Bereich hinaus abweicht.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch das Erfassen eines integrierten Stromwertes in dem Änderungsbereich R3 der erste Verschlechterungsgrad geeignet geschätzt werden, und eine Anomalie der montierten Batterie 30 kann detektiert werden. In einem Fall, in dem Lithiumeisenphosphat allein verwendet wird, ist ein Plateaubereich, in dem eine Spannungsänderung gering ist, breit, und der Verschlechterungsgrad der Energiespeichervorrichtung 3 kann nur durch das im Wesentlichen vollständige Laden und Entladen (was als Kapazitätsprüfung bezeichnet wird) geschätzt werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es durch das Verwenden einer Spannungsänderung in dem Änderungsbereich R3 einfach, den Beginn und das Ende des Änderungsbereichs R3 zu bestimmen, und somit ist es daher möglich, den Verschlechterungsgrad der Energiespeichervorrichtung 3 durch die teilweise Ladung-Entladung effizient zu schätzen.
(Dritte Ausführungsform)
In einer dritten Ausführungsform werden durch verschiedene Verfahren geschätzte Verschlechterungsgrade verglichen. Im Folgenden wird hauptsächlich ein Unterschied zu der zweiten Ausführungsform beschrieben, und eine mit der ersten Ausführungsform identische Konfiguration wird mit demselben Bezugszeichen bezeichnet und eine detaillierte Beschreibung der Konfiguration wird weggelassen.
Die Recheneinheit 21 vergleicht den aus einem integrierten Stromwert in dem Änderungsbereich R3 geschätzten ersten Verschlechterungsgrad mit einem zweiten Verschlechterungsgrad, der durch ein Verfahren erhalten wird, das sich von dem Schätzverfahren für den ersten Verschlechterungsgrad unterscheidet, um die Wahrscheinlichkeit des zweiten Verschlechterungsgrades zu schätzen.
Die 8 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Anomaliedetektions-Verarbeitungsprozedur gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt. Die Recheneinheit 21 der Anomalie-Detektionsvorrichtung 2 führt die nachstehende Verarbeitung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt gemäß dem Anomalie-Detektionsprogramm 221 aus. Im Folgenden wird ein Beispiel zum Schätzen eines SOH als erster Verschlechterungsgrad und zweiter Verschlechterungsgrad beschrieben.
Die Recheneinheit 21 schätzt den zweiten Verschlechterungsgrad (Schritt S31). Ein Schätzverfahren für den zweiten Verschlechterungsgrad ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann der zweite Verschlechterungsgrad sequentiell berechnet und durch ein mathematisches Modell unter Verwendung tatsächlicher Messdaten einer der Energiespeichervorrichtung 3 gespeichert werden. Die Verwendungshistorie umfasst einen Stromwert, einen Spannungswert, eine Temperatur, eine Verwendungszeit und dergleichen Die Recheneinheit 21 unterscheidet zwischen Elektrifizierungsverschlechterung und Nicht-Elektrifizierungsverschlechterung, berechnet Verschlechterungsgrade davon, basierend auf einem Wurzelgesetz und integriert diese Verschlechterungsgrade, um den zweiten Verschlechterungsgrad zu berechnen. Der zweite Verschlechterungsgrad wird jeweils für das erste positive Aktivmaterial und das zweite positive Aktivmaterial berechnet.
Die Recheneinheit 21 vergleicht den ersten Verschlechterungsgrad mit dem zweiten Verschlechterungsgrad in Bezug auf das zweite positive Aktivmaterial (Schritt S32) und schätzt die Wahrscheinlichkeit des zweiten Verschlechterungsgrades in Bezug auf das zweite positive Aktivmaterial (Schritt S33). Die Wahrscheinlichkeit kann basierend auf einem Fehler zwischen dem ersten Verschlechterungsgrad und dem zweiten Verschlechterungsgrad geschätzt werden. Beispielsweise bestimmt die Recheneinheit 21, dass die Wahrscheinlichkeit hoch ist, wenn der Fehler geringer als ein vorbestimmter Wert ist, und bestimmt, dass die Wahrscheinlichkeit niedrig ist, wenn der Fehler gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist. Alternativ kann die Wahrscheinlichkeit in drei oder mehr Stufen eingeteilt und durch einen numerischen Wert angegeben werden.
Die Recheneinheit 21 bestimmt basierend auf der geschätzten Wahrscheinlichkeit, ob ein Schätzergebnis für den zweiten Verschlechterungsgrad anomal ist (Schritt S34). In einem Fall, in dem bestimmt wird, dass das Schätzergebnis für den zweiten Verschlechterungsgrad nicht anormal ist (Schritt S34: NEIN), beendet die Recheneinheit 21 die Verarbeitung. Andererseits werden in einem Fall, in dem das Schätzergebnis für den zweiten Verschlechterungsgrad als anormal bestimmt wird (Schritt S34: JA), Anomalie-Informationen ausgegeben, die angeben, dass das Schätzergebnis für den zweiten Verschlechterungsgrad anormal ist (die Wahrscheinlichkeit ist gering). (Schritt S35), und eine Reihe von Teilen der Verarbeitung endet.
In der oben beschriebenen Verarbeitung kann die Recheneinheit 21 in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass die Wahrscheinlichkeit des zweiten Verschlechterungsgrades gering ist und das Schätzergebnis anormal ist, den zweiten Verschlechterungsgrad in Bezug auf das zweite positive Aktivmaterial basierend auf dem ersten Verschlechterungsgrad aktualisieren oder zurücksetzen. Nach dem Aktualisieren oder Zurücksetzen des zweiten Verschlechterungsgrades kann die Recheneinheit 21 die Schätzung des zweiten Verschlechterungsgrades unter Verwendung des aktualisierten zweiten Verschlechterungsgrades als einen neuen Referenzwert wieder aufnehmen.
Die Recheneinheit 21 kann die Wahrscheinlichkeit des zweiten Verschlechterungsgrades in Bezug auf das zweite positive Aktivmaterial zum Schätzen der Wahrscheinlichkeit des zweiten Verschlechterungsgrades in Bezug auf das erste positive Aktivmaterial verwenden. Die Recheneinheit 21 kann den zweiten Verschlechterungsgrad in Bezug auf das erste positive Aktivmaterial gemäß der Wahrscheinlichkeit des zweiten Verschlechterungsgrades aktualisieren oder zurücksetzen. Ein von dem ersten positiven Aktivmaterial abgeleiteter SOH und ein von dem zweiten positiven Aktivmaterial abgeleiteter, als der erste Verschlechterungsgrad erhaltener, SOH stimmen nicht zwingend überein. In der Energiespeichervorrichtung 3 eines einzelnen Körpers kann die Verarbeitung jedoch unter der Annahme fortgesetzt werden, dass diese SOHs im Wesentlichen gleich sind. Dies ermöglicht es, die Wahrscheinlichkeit des zweiten Verschlechterungsgrades in Bezug auf das erste positive Aktivmaterial zu erhalten, ohne den ersten Verschlechterungsgrad und den zweiten Verschlechterungsgrad des ersten positiven Aktivmaterials zu vergleichen.
Indem eine Differenz zwischen Verschlechterungsgraden durch zwei unterschiedliche Verfahren ermittelt wird, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich zu bestimmen, dass eine Anomalie in einem Fall vorliegt, in dem eine Abweichung zwischen zwei Werten gegeben ist. Da der zweite Verschlechterungsgrad ein geschätzter Wert ist, der basierend auf einer Verwendungshistorie erhalten wurde, besteht die Befürchtung, dass ein Schätzfehler des Schätzwertes mit der Zeit zunimmt. Durch das Vergleichen und Abgleichen unter Verwendung des ersten Verschlechterungsgrades gemäß der tatsächlichen Verwendung kann der zweite Verschlechterungsgrad geeignet aktualisiert (korrigiert) werden.
Die diesmal offenbarten Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Ansprüche definiert, und schließt Bedeutungen ein, die zu den Ansprüchen und allen Änderungen innerhalb des Umfangs äquivalent sind.
Bezugszeichenliste

1: Energiespeichereinrichtung
2: Anomalie-Detektionsvorrichtung
21: Recheneinheit
22: Speichereinheit
23: Spannungsmesseinheit
24: Eingangseinheit
25: Ausgangseinheit
221: Anomalie-Detektionsprogramm
M: Aufzeichnungsmedium
3: Energiespeichervorrichtung
30: montierte Batterie
33a: positive Elektrode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2006012613 A [0005]

Claims

Ein Anomalie-Detektionsverfahren zum Detektieren einer Anomalie einer montierten Batterie, die eine Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen aufweist, durch eine Anomalie-Detektionsvorrichtung, umfassend: das Erfassen einer Spannung von jeder der Energiespeichervorrichtungen nahe einem Ladeendpunkt in einem Lade-Entlade-Bereich, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, und das Detektieren einer Anomalie der montierten Batterie unter Verwendung der erfassten Spannung der Energiespeichervorrichtungen, wobei jede der Energiespeichervorrichtungen als positives Aktivmaterial Lithiumeisenphosphat und Lithium-Übergangsmetalloxid enthält, das eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in einem Potentialbereich ermöglicht, der höher ist als der des Lithiumeisenphosphats, und ein Verhältnis einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des Lithium-Übergangsmetalloxids zu einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des positiven Aktivmaterials in dem Lade-Entlade-Bereich, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, 5 % oder höher ist.
Das Anomalie-Detektionsverfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: das Detektieren, dass ein interner Kurzschluss in mindestens einer der Energiespeichervorrichtungen in einem Fall auftritt, in dem eine Spannungsdifferenz zwischen den Energiespeichervorrichtungen während einer Insertionsreaktion eines Lithium-Ions in dem Lithium-Übergangsmetalloxid nahe dem Ladeendpunkt ein erster Schwellenwert oder höher ist.
Das Anomalie-Detektionsverfahren nach Anspruch 2, wobei: der erste Schwellenwert ein Wert ist, der höher als ein Betriebsschwellenwert eines Ausgleichsreglers ist, der eine Spannungsdifferenz zwischen den Energiespeichervorrichtungen während des Ladens reduziert.
Das Anomalie-Detektionsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: das Erfassen eines integrierten Stromwertes, der mit einer Insertionsreaktion oder einer Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in dem Lithium-Übergangsmetalloxid nahe dem Ladeendpunkt in den Energiespeichervorrichtungen in Verbindung steht, und das Schätzen eines ersten Verschlechterungsgrades jedes der Energiespeichervorrichtungen basierend auf dem erfassten integrierten Stromwert.
Das Anomalie-Detektionsverfahren nach Anspruch 4, weiterhin umfassend: das Detektieren einer Anomalie der montierten Batterie basierend auf einem Vergleich zwischen einem ersten Verschlechterungsgrad einer Energiespeichervorrichtung in der montierten Batterie und einem ersten Verschlechterungsgrad einer anderen Energiespeichervorrichtung.
Das Anomalie-Detektionsverfahren nach Anspruch 4 oder 5, weiterhin umfassend: das Schätzen eines zweiten Verschlechterungsgrades der Energiespeichervorrichtungen basierend auf einer Verwendungshistorie der Energiespeichervorrichtungen; und das Vergleichen des ersten Verschlechterungsgrades und des zweiten Verschlechterungsgrades in jeder der Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen.
Das Anomalie-Detektionsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin umfassend: das Erfassen einer Spannung von jeder der Energiespeichervorrichtungen in einem Lade-Entlade-Bereich von 3,2 V oder höher.
Eine Anomalie-Detektionsvorrichtung, die eine Anomalie einer montierten Batterie detektiert, die eine Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen aufweist, umfassend: eine Erfassungseinheit, die eine Spannung von jeder der Energiespeichervorrichtungen nahe einem Ladeendpunkt in einem Lade-Entlade-Bereich erfasst, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird; und eine Detektionseinheit, die eine Anomalie der montierten Batterie unter Verwendung der von der Erfassungseinheit erfassten Spannung der Energiespeichervorrichtungen detektiert, wobei jede der Energiespeichervorrichtungen als positives Aktivmaterial Lithiumeisenphosphat und Lithium-Übergangsmetalloxid enthält, das eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in einem Potentialbereich ermöglicht, der höher als der des Lithiumeisenphosphats ist, und ein Verhältnis einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des Lithium-Übergangsmetalloxids zu einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des positiven Aktivmaterials in dem Lade-Entlade-Bereich, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, 5 % oder höher ist.
Eine Energiespeichereinrichtung, umfassend: eine montierte Batterie, die eine Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen enthält; und das Anomalie-Detektionsverfahren nach Anspruch 8.
Ein Computerprogramm, das einen Computer veranlasst, eine Anomalie einer montierten Batterie zu detektieren, die eine Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen aufweist, wobei das Computerprogramm den Computer veranlasst, eine Verarbeitung auszuführen, bestehend aus: dem Erfassen einer Spannung von jeder der Energiespeichervorrichtungen nahe einem Ladeendpunkt in einem Lade-Entlade-Bereich, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, und dem Detektieren einer Anomalie der montierten Batterie unter Verwendung der erfassten Spannung der Energiespeichervorrichtungen, wobei jede der Energiespeichervorrichtungen als positives Aktivmaterial Lithiumeisenphosphat und Lithium-Übergangsmetalloxid enthält, das eine Insertions- und Extraktionsreaktion eines Lithium-Ions in einem Potentialbereich ermöglicht, der höher ist als der des Lithiumeisenphosphats, und ein Verhältnis einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des Lithium-Übergangsmetalloxids zu einer Ladungsmenge basierend auf einer Gesamtmenge des positiven Aktivmaterials in dem Lade-Entlade-Bereich, in dem die Energiespeichervorrichtung verwendet wird, 5 % oder höher ist.