本發(fā)明涉及基于鎳金屬氫化物電池中的負(fù)電極儲備容量限制鎳金屬氫化物電池的輸入和輸出的電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
在公開號為2011-010465的日本專利申請(JP2011-010465A)中，電池劣化程度基于電池過去的溫度歷史分布以及與電池溫度相對抗的電池工作負(fù)荷實際增長率。在此，通過在必要時限制電池的輸出來延長電池的使用壽命。在JP2011-010465A中，通過檢測一個驅(qū)動周期內(nèi)的電池溫度來建立電池的溫度歷史分布。在此，電池的劣化不僅受車輛行駛時的電池溫度的影響，而且還受車輛被放置時的電池溫度的影響。特別地，當(dāng)車輛被放置時的電池溫度升高時，電池更容易劣化。如果僅基于車輛行駛時的電池溫度來確定電池的劣化，則電池的實際劣化程度會變得高于所確定的電池劣化程度，因此不可能將電池的使用壽命延長到目標(biāo)值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一方面涉及一種控制鎳金屬氫化物電池的充電和放電操作的電池系統(tǒng)。所述電池系統(tǒng)包括溫度傳感器和控制器。所述溫度傳感器被配置為檢測所述鎳金屬氫化物電池的溫度并將所檢測到的溫度輸出到所述控制器。所述控制器被配置為在所述鎳金屬氫化物電池的負(fù)電極儲備容量小于目標(biāo)值時限制所述鎳金屬氫化物電池的所述充電和放電操作。所述控制器被配置為使用所述溫度傳感器獲取所述鎳金屬氫化物電池正被充電或放電時的所述鎳金屬氫化物電池的溫度、以及所述鎳金屬氫化物電池并非正被充電或放電時的所述鎳金屬氫化物電池的溫度。所述控制器被配置為，使用所述鎳金屬氫化物電池的溫度與所述負(fù)電極儲備容量之間的對應(yīng)關(guān)系計算與所獲取的溫度(所述鎳金屬氫化物電池正被充電或放電時的溫度和所述鎳金屬氫化物電池并非正被充電或放電時的溫度)對應(yīng)的所述負(fù)電極儲備容量。如果獲取了鎳金屬氫化物電池的負(fù)電極儲備容量，則可以獲取鎳金屬氫化物電池的劣化狀態(tài)。也就是說，負(fù)電極儲備容量具有與鎳金屬氫化物電池的放電容量的相互關(guān)系，并且，如果鎳金屬氫化物電池的放電容量因為鎳金屬氫化物電池的劣化而降低，則負(fù)電極儲備容量減少。因此，當(dāng)負(fù)電極儲備容量變得低于目標(biāo)值時，可以通過限制鎳金屬氫化物電池的充電和放電操作來抑制鎳金屬氫化物電池繼續(xù)劣化。此外，可以允許負(fù)電極儲備容量沿著目標(biāo)值變化。負(fù)電極儲備容量依賴于鎳金屬氫化物電池的溫度，因此，如果預(yù)先獲得負(fù)電極儲備容量與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系，則可以計算與鎳金屬氫化物電池的溫度對應(yīng)的負(fù)電極儲備容量。此處，在本發(fā)明中，負(fù)電極儲備容量是在不僅考慮了鎳金屬氫化物電池正被充電或放電時的鎳金屬氫化物電池的溫度，而且還考慮了鎳金屬氫化物電池并非正被充電或放電時的鎳金屬氫化物電池的溫度的情況下計算(或推定)出的。因此，與其中僅基于鎳金屬氫化物電池正被充電或放電時的鎳金屬氫化物電池的溫度計算(推定)負(fù)電極儲備容量的情況相比，可以提高推定負(fù)電極儲備容量的精確度。所述負(fù)電極儲備容量可通過將所述負(fù)電極儲備容量的增加量與所述負(fù)電極儲備容量的減少量相加來計算。負(fù)電極儲備容量隨著負(fù)電極的腐蝕而增加，因此，負(fù)電極的腐蝕可被規(guī)定為負(fù)電極儲備容量的增加量。此外，負(fù)電極儲備容量隨著將氫氣排放到鎳金屬氫化物電池的外部而減少，因此，氫氣向鎳金屬氫化物電池外部的排放可被規(guī)定為負(fù)電極儲備容量的減少量。負(fù)電極儲備容量的增加量依賴于鎳金屬氫化物電池的溫度，因此，如果預(yù)先獲得了增加量與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系，則可以確定與鎳金屬氫化物電池的溫度對應(yīng)的增加量。此外，負(fù)電極儲備容量的減少量依賴于鎳金屬氫化物電池的溫度，因此，如果預(yù)先獲得了減少量與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系，則可以確定與鎳金屬氫化物電池的溫度對應(yīng)的減少量。當(dāng)確定增加量和減少量時，如上所述，不僅將鎳金屬氫化物電池正被充電或放電時的鎳金屬氫化物電池的溫度考慮進去，而且還將鎳金屬氫化物電池并非正被充電或放電時的鎳金屬氫化物電池的溫度考慮進去。與所述鎳金屬氫化物電池的所述充電和放電操作不受限制時計算所述負(fù)電極儲備容量的時間間隔相比，所述鎳金屬氫化物電池的所述充電和放電操作受到限制時計算所述負(fù)電極儲備容量的時間間隔可被縮短。當(dāng)鎳金屬氫化物電池的充電和放電操作受到限制時，負(fù)電極儲備容量小于目標(biāo)值，因此，通過縮短計算負(fù)電極儲備容量的時間間隔，獲取負(fù)電極儲備容量的變化以及負(fù)電極儲備容量與目標(biāo)值之間的相互關(guān)系變得容易。如果鎳金屬氫化物電池的充電和放電操作受到限制，則可以抑制由于通電導(dǎo)致的鎳金屬氫化物電池的溫度升高，并且可以抑制負(fù)電極儲備容量的減少。因此，可以與目標(biāo)值相比增加負(fù)電極儲備容量。在此，當(dāng)所述負(fù)電極儲備容量變?yōu)榇笥谒瞿繕?biāo)值時，可解除對所述充電和放電操作的限制。通過該配置，可以有效地對鎳金屬氫化物電池進行充電或放電。所述鎳金屬氫化物電池可被安裝在車輛上。在這種情況下，例如，通過串聯(lián)地電連接多個單電池(鎳金屬氫化物電池)形成電池組，并且所述電池組可被安裝在所述車輛上。在此，如果從所述鎳金屬氫化物電池輸出的電能被轉(zhuǎn)換為動能，則可以使用該動能推動所述車輛。在所述鎳金屬氫化物電池被安裝在所述車輛上的配置中，所述控制器可被配置為，基于所述車輛的使用狀態(tài)，選擇限定所述鎳金屬氫化物電池的使用壽命的行駛距離與經(jīng)過時間中的一者。具體而言，在使車輛頻繁行駛的使用狀態(tài)下，鎳金屬氫化物電池的使用壽命傾向于依賴于行駛距離，因此可選擇行駛距離。此外，在不使車輛頻繁行駛的使用狀態(tài)下，鎳金屬氫化物電池的使用壽命傾向于依賴于經(jīng)過時間，因此可選擇經(jīng)過時間。所述目標(biāo)值可被設(shè)定為使得：在選擇所述行駛距離的情況下，直到所述行駛距離達到目標(biāo)行駛距離時，所述負(fù)電極儲備容量才達到與所述鎳金屬氫化物電池的所述使用壽命對應(yīng)的負(fù)電極儲備容量。例如，基于行駛距離的目標(biāo)值可被設(shè)定為使得：當(dāng)行駛距離已經(jīng)達到目標(biāo)行駛距離時，負(fù)電極儲備容量達到與使用壽命對應(yīng)的負(fù)電極儲備容量。更具體地說，隨著行駛距離延長，可以使目標(biāo)值(負(fù)電極儲備容量)朝著與使用壽命對應(yīng)的負(fù)電極儲備容量減小。在此，如果負(fù)電極儲備容量沿著目標(biāo)值變化，則可以繼續(xù)使用鎳金屬氫化物電池，直到達到目標(biāo)行駛距離。所述目標(biāo)值可被設(shè)定為使得：在選擇所述經(jīng)過時間的情況下，直到所述經(jīng)過時間達到目標(biāo)經(jīng)過時間時，所述負(fù)電極儲備容量才達到與所述鎳金屬氫化物電池的所述使用壽命對應(yīng)的負(fù)電極儲備容量。例如，基于經(jīng)過時間的目標(biāo)值可被設(shè)定為使得：當(dāng)經(jīng)過時間已經(jīng)達到目標(biāo)經(jīng)過時間時，負(fù)電極儲備容量達到與使用壽命對應(yīng)的負(fù)電極儲備容量。更具體地說，隨著經(jīng)過時間延長，可以使目標(biāo)值(負(fù)電極儲備容量)朝著與使用壽命對應(yīng)的負(fù)電極儲備容量減小。在此，如果負(fù)電極儲備容量沿著目標(biāo)值變化，則可以繼續(xù)使用鎳金屬氫化物電池，直到達到目標(biāo)經(jīng)過時間。每當(dāng)所述車輛的所述行駛距離和所述經(jīng)過時間中的一者達到對應(yīng)閾值時，所述負(fù)電極儲備容量可與所述目標(biāo)值進行比較。在此，針對行駛距離和經(jīng)過時間中的每一者設(shè)定閾值。因此，可以基于行駛距離或經(jīng)過時間的變化獲取負(fù)電極儲備容量與目標(biāo)值之間的相互關(guān)系。附圖說明下面將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施例的特征、優(yōu)點、以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中，相同的參考標(biāo)號表示相同的要素，并且其中：圖1是示出電池系統(tǒng)的配置的視圖；圖2是示出基于負(fù)電極儲備容量限制電池組的輸入和輸出的處理的流程圖；圖3是示出判定負(fù)電極儲備容量被確定的時機(timing)的處理的流程圖；圖4是示出推定負(fù)電極儲備容量的處理的流程圖；圖5是示出由于負(fù)電極腐蝕而導(dǎo)致的負(fù)電極儲備容量增加量與電池組溫度之間的相互關(guān)系的圖；圖6是示出由于氫氣滲透通過電池外殼而導(dǎo)致的負(fù)電極儲備容量減少量與電池組溫度之間的相互關(guān)系的圖；圖7是示出負(fù)電極儲備容量的增加量和減少量與負(fù)電極儲備容量之間的相互關(guān)系的圖；圖8是示出計算負(fù)電極儲備容量的目標(biāo)值的處理的流程圖；圖9是示出相互不同的行駛模式下的行駛距離與經(jīng)過時間之間的相互關(guān)系的圖；圖10是示出當(dāng)行駛模式更改時，行駛距離與經(jīng)過時間之間的相互關(guān)系的圖；圖11是示出相對于總行駛距離的負(fù)電極儲備容量目標(biāo)值的圖；圖12是示出相對于總經(jīng)過時間的負(fù)電極儲備容量目標(biāo)值的圖；以及圖13是示出負(fù)電極儲備容量(推定值)的變化和負(fù)電極儲備容量(目標(biāo)值)的變化的圖。具體實施方式圖1是示出根據(jù)實施例的電池系統(tǒng)的配置的視圖。圖1所示的電池系統(tǒng)被安裝在車輛上。該車輛可以是混合動力車輛或電動車輛。作為用于推動車輛的動力源，除了電池組(在下面描述)之外，混合動力車輛還包括另一動力源，例如引擎和燃料電池。電動車輛僅包括電池組(在下面描述)作為用于推動車輛的動力源。電池組10包括多個串聯(lián)地電連接的單電池11。每個單電池11可以是鎳金屬氫化物電池。單電池11的數(shù)量可基于電池組10的所需輸出等根據(jù)需要設(shè)定。在本實施例中，構(gòu)成電池組10的所有單電池11彼此串聯(lián)連接；替代地，電池組10可以包括多個彼此并聯(lián)地電連接的單電池11。每個單電池11可通過在電池外殼中包含執(zhí)行充電和放電操作的發(fā)電元件形成。此外，電池外殼中可包含多個發(fā)電元件。在該外殼中，所述多個發(fā)電元件可在電池外殼內(nèi)彼此串聯(lián)地電連接。電池外殼可例如由樹脂形成。每個發(fā)電元件包括正電極板、負(fù)電極板和被設(shè)置在正電極板與負(fù)電極板之間的隔板。正電極板具有集電體和在集電體的表面上形成的正電極活性材料層。負(fù)電極具有集電體和在集電體的表面上形成的負(fù)電極活性材料層。在此，正電極活性材料層、負(fù)電極活性材料層和隔板包含電解液。正電極活性材料層包括諸如氫氧化鎳的正電極活性材料，負(fù)電極活性材料層包括用作負(fù)電極活性材料的儲氫合金。監(jiān)視單元21檢測電池組10的端子電壓，并將檢測結(jié)果輸出到控制器30。在此，監(jiān)視單元21能夠檢測單電池11中的每一個的端子電壓。此外，如上所述，當(dāng)多個發(fā)電元件被包含在電池外殼中時，監(jiān)視單元21能夠檢測所述多個發(fā)電元件的端子電壓。電流傳感器22檢測流過電池組10的電流，并將檢測結(jié)果輸出到控制器30。在此，當(dāng)電池組10正被放電時，可將正值用作電流傳感器22檢測到的電流值。當(dāng)電池組10正被充電時，可將負(fù)值用作電流傳感器22檢測到的電流值。在本實施例中，電流傳感器22被設(shè)置在與電池組10的正電極端子相連的正電極線PL中；然而，電流傳感器22只需能夠檢測流過電池組10的電流值，可根據(jù)需要設(shè)定電流傳感器22的設(shè)置位置?；蛘撸墒褂枚鄠€電流傳感器22。溫度傳感器23檢測電池組10(單電池11)的溫度，并將檢測結(jié)果輸出到控制器30?？刂破?0包括存儲器31。存儲器31存儲在控制器30執(zhí)行預(yù)定處理(例如，在本實施例中描述的處理)時使用的各種信息?？刂破?0具有計時器32。計時器32被用于測量時間段。在本實施例中，存儲器31和計時器32被包含在控制器30中；替代地，存儲器31和計時器32中的至少一者可被設(shè)置在控制器30的外部。行駛距離計33測量從車輛開始被使用到當(dāng)前時間為止的行駛距離，并將測量結(jié)果輸出到控制器30。系統(tǒng)主繼電器SMR-B被設(shè)置在正電極線PL中。當(dāng)接收到來自控制器30的控制信號時，系統(tǒng)主繼電器SMR-B在接通狀態(tài)與關(guān)斷狀態(tài)之間切換。系統(tǒng)主繼電器SMR-G被設(shè)置在與電池組10的負(fù)電極端子相連的負(fù)電極線NL中。當(dāng)接收到來自控制器30的控制信號時，系統(tǒng)主繼電器SMR-G在接通狀態(tài)與關(guān)斷狀態(tài)之間切換。系統(tǒng)主繼電器SMR-P和限流電阻器R被電連接到系統(tǒng)主繼電器SMR-G。系統(tǒng)主繼電器SMR-P和限流電阻器R彼此串聯(lián)地電連接。當(dāng)接收到來自控制器30的控制信號時，系統(tǒng)主繼電器SMR-P在接通狀態(tài)與關(guān)斷狀態(tài)之間切換。限流電阻器R被用于抑制在電池組10被連接到負(fù)載(具體地，逆變器24(在下面描述))時突入電流的流動。電池組10經(jīng)由正電極線PL和負(fù)電極線NL被連接到逆變器24。當(dāng)電池組10被連接到逆變器24時，控制器30初始將系統(tǒng)主繼電器SMR-B從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)，并將系統(tǒng)主繼電器SMR-P從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)。這樣，可通過使電流流過限流電阻器R來抑制突入電流的流動。接下來，控制器將系統(tǒng)主繼電器SMR-G從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)，然后將系統(tǒng)主繼電器SMR-P從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)。這樣，完成電池組10與逆變器24的連接，并且圖1所示的電池系統(tǒng)進入激活(activated)狀態(tài)(就緒-接通(ready-on)狀態(tài))。有關(guān)車輛點火開關(guān)的接通/關(guān)斷的信息被輸入到控制器30。當(dāng)點火開關(guān)從關(guān)斷狀態(tài)被切換到接通狀態(tài)時，控制器30啟動圖1所示的電池系統(tǒng)。另一方面，當(dāng)點火開關(guān)從接通狀態(tài)被切換到關(guān)斷狀態(tài)時，控制器30將系統(tǒng)主繼電器SMR-B、SMR-G從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)。這樣，電池組10與逆變器24的連接被中斷，并且電池系統(tǒng)進入停止?fàn)顟B(tài)(就緒-關(guān)斷(ready-off)狀態(tài))。逆變器24將從電池組10輸出的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力，并將該交流電力輸出到電動發(fā)電機25。當(dāng)接收到從逆變器24輸出的交流電力時，電動發(fā)電機25產(chǎn)生...