蓄電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及在各自具有電流斷路器的多個蓄電元件并聯(lián)連接而成的蓄電塊中判 斷電流斷路器的動作狀態(tài)的蓄電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在專利文獻(xiàn)1所記載的電池組中，在將多個電池并聯(lián)連接而成的結(jié)構(gòu)中，并聯(lián)連 接的各單電池連接有保險絲。保險絲通過在流過過大電流時烙斷而斷開電流路徑。另外， 在專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)中，基于電池的內(nèi)部電阻的變化，檢測出電池中含有的電流斷 路機(jī)構(gòu)的動作。
[0003] 專利文獻(xiàn)1 ;日本特開平05-275116號公報
[0004] 專利文獻(xiàn)2 ;日本特開2008-182779號公報
[0005] 專利文獻(xiàn)3 ;日本特開2011-135657號公報
[0006] 在多個電池并聯(lián)連接而成的結(jié)構(gòu)中，與電流斷路器的動作對應(yīng)地，電流斷路器沒 有進(jìn)行動作的電池中流過的電流值發(fā)生變化。具體地說，如果電流斷路器進(jìn)行動作，則電流 斷路器沒有進(jìn)行動作的電池中流過的電流值上升，電池的電流負(fù)載增加。由此，在控制電池 的充放電時，需要檢測電流斷路器的動作。本發(fā)明是利用與專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)不同 的方法對電流斷路器的動作進(jìn)行檢測的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本申請的第1發(fā)明的蓄電系統(tǒng)具有：多個蓄電塊、多個電流斷路器、電壓傳感器和 控制器。蓄電塊具有并聯(lián)連接的多個蓄電元件，多個蓄電塊串聯(lián)連接。電流斷路器設(shè)置在 各蓄電元件中，對各蓄電元件的電流路徑進(jìn)行斷路。電壓傳感器用于取得蓄電塊的開路電 壓。
[000引在各蓄電塊中，將單極的容量維持率由下述式（I)規(guī)定，將蓄電塊的容量的變動 量由下述式（II)規(guī)定。
[0009] 容量維持率=劣化狀態(tài)的單極容量/初始狀態(tài)的單極容量…（I)
[0010] 容量的變動量=劣化狀態(tài)的負(fù)極容量X負(fù)極組分軸相對于正極組分軸的偏移 量…（II)
[0011] 控制器在第1電壓特性相對于第2電壓特性發(fā)生偏移時，判斷電流斷路器進(jìn)行了 動作。第1電壓特性是從電壓傳感器取得的，示出與蓄電塊的容量相對的開路電壓的變化。 第2電壓特性是基于容量維持率及容量的變動量計算出的，示出與蓄電塊的容量相對的開 路電壓的變化。
[0012] 在本申請的第1發(fā)明中，如果僅是蓄電元件劣化，則第2電壓特性遵從第1電壓特 性。在該里，如果電流斷路器進(jìn)行動作，則與處于動作狀態(tài)的電流斷路器對應(yīng)的蓄電元件中 不再流過電流，含有處于動作狀態(tài)的電流斷路器的蓄電塊的容量降低。因此，在電流斷路器 進(jìn)行了動作時，第1電壓特性相對于僅發(fā)生蓄電元件劣化時的第2電壓特性發(fā)生偏移。由 此，通過判定第1電壓特性是否相對于第2電壓特性發(fā)生了偏移，就能夠判斷電流斷路器是 否進(jìn)行了動作。
[0013] 作為將第1電壓特性及第2電壓特性進(jìn)行比較的第1方法，首先，在使蓄電塊的開 路電壓從第1電壓變化至第2電壓（放電或充電）的期間，對從電流傳感器取得的電流進(jìn) 行累計運算而求出第1累計值。另外，使用第2電壓特性，求出在使蓄電塊的開路電壓從第 1電壓變化至第2電壓（放電或充電）的期間的電流累計值即第2累計值。在該里，在第1 電壓特性相對于第2電壓特性發(fā)生了偏移時，第1累計值及第2累計值彼此不同。由此，在 第1累計值及第2累計值之差為規(guī)定值W上時，可W判斷為電流斷路器進(jìn)行了動作。
[0014] 作為將第1電壓特性及第2電壓特性進(jìn)行比較的第2方法，首先，在使蓄電塊的開 路電壓從第1電壓變化至第2電壓的期間，對從電流傳感器取得的電流進(jìn)行累計運算而求 出累計值。另外，使用第2電壓特性，求出在使蓄電塊的容量從與第1電壓相當(dāng)?shù)娜萘孔兓?與累計值對應(yīng)的值時的電壓即推定電壓。在該里，在第1電壓特性相對于第2電壓特性發(fā) 生了偏移時，實際測定的第2電壓和推定電壓不同。由此，在第2電壓及推定電壓之差為規(guī) 定值W上時，可W判斷為電流斷路器進(jìn)行了動作。
[0015]在計算第2電壓特性時，在第1電壓及與第2電壓不同的第3電壓方面，可W分別 使用表示與第1電壓特性彼此相同的特性的信息。劣化狀態(tài)可W是由于蓄電元件損耗而產(chǎn) 生的劣化狀態(tài)。如果是損耗導(dǎo)致的劣化，則例如通過預(yù)先進(jìn)行試驗，能夠確定容量維持率及 容量的變動量之間的關(guān)系，能夠推定第2電壓特性。
[0016] 在蓄電元件為裡離子二次電池時，容量的變動量可W是去除伴隨裡析出而導(dǎo)致的 容量的變動量之外的變動量。在裡離子二次電池中，產(chǎn)生由于損耗導(dǎo)致的劣化、和由于裡析 出導(dǎo)致的劣化?；趽p耗導(dǎo)致的劣化而確定容量維持率及容量的變動量之間的關(guān)系時，需 要從實際的劣化狀態(tài)中排除由于裡析出導(dǎo)致的劣化。在該里，裡析出導(dǎo)致的劣化能夠在實 際的裡離子二次電池使用環(huán)境中進(jìn)行推定。
[0017] 本申請的第2發(fā)明是對各自具有并聯(lián)連接的多個蓄電元件的蓄電塊串聯(lián)連接而 成的多個蓄電塊的狀態(tài)進(jìn)行判斷的方法。各蓄電元件具有對各蓄電元件的電流路徑進(jìn)行斷 路的電流斷路器，如上述所示，規(guī)定了單極的容量維持率和蓄電塊的容量的變動量。如本申 請的第1發(fā)明中的說明所示，在第1電壓特性相對于第2電壓特性發(fā)生了偏移時，判斷電流 斷路器進(jìn)行了動作。根據(jù)本申請的第2發(fā)明，也可W得到與本申請第1發(fā)明相同的效果。
【附圖說明】
[001引圖1是表示電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0019] 圖2是表示電池組的結(jié)構(gòu)的圖。
[0020] 圖3是表示單電池的結(jié)構(gòu)的圖。
[0021] 圖4是說明利用電池模型表現(xiàn)的單電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的概略的圖。
[0022] 圖5是表示與局部SOC變化相對的開路電壓的變化特性的圖。
[0023]圖6是表示與電池溫度的變化相對的擴(kuò)散系數(shù)的變化的圖。
[0024] 圖7是表示伴隨單極容量減少的單極開路電位的變化的圖。
[0025] 圖8是說明正極及負(fù)極之間的組分對應(yīng)的偏移的圖。
[0026] 圖9是說明劣化導(dǎo)致的組分對應(yīng)的偏移的圖。
[0027]圖10是說明正極活性物質(zhì)的內(nèi)部的平均充電率及負(fù)極活性物質(zhì)的內(nèi)部的平均充 電率之間成立的關(guān)系式的圖。
[002引圖11是表示劣化參數(shù)的探索處理的流程圖。
[0029] 圖12是表示電池模型上的開路電壓的變化特性和作為實際測量值的開路電壓的 變化特性的圖。
[0030] 圖13是表示對電流斷路器的動作狀態(tài)進(jìn)行判別的處理的流程圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面，說明本發(fā)明的實施例。
[0032] 實施例1
[0033] 使用圖1，說明作為本發(fā)明的實施例1的電池系統(tǒng)（相當(dāng)于本發(fā)明的蓄電系統(tǒng)）。 圖1是表示電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。本實施例的電池系統(tǒng)搭載于車輛上。
[0034] 作為車輛可W是混合動力汽車或電動汽車。混合動力汽車作為使車輛行駛的動力 源而在后述的電池組之外還具有發(fā)動機(jī)或燃料電池。電動汽車作為使車輛行駛的動力源而 僅具有后述的電池組。
[0035] 在與電池組10的正極端子連接的正極線化上設(shè)置有系統(tǒng)主繼電器SMR-B。系統(tǒng) 主繼電器SMR-B通過接收來自控制器40的控制信號，從而在接通及斷開之間切換。在與電 池組10的負(fù)極端子連接的負(fù)極線化上設(shè)置有系統(tǒng)主繼電器SMR-G。系統(tǒng)主繼電器SMR-G 通過接收來自控制器40的控制信號，從而在接通及斷開之間切換。
[0036] 在系統(tǒng)主繼電器SMR-G上并聯(lián)連接有系統(tǒng)主繼電器SMR-P及限流電阻R。系統(tǒng)主 繼電器SMR-P及限流電阻R串聯(lián)連接。系統(tǒng)主繼電器SMR-P通過接收來自控制器40的控 制信號，從而在接通及斷開之間切換。限流電阻R用于在將電池組10與負(fù)載（具體地說是 后述的升壓電路33)連接時，抑制浪涌電流流過。
[0037] 在將電池組10與負(fù)載連接時，控制器40將系統(tǒng)主繼電器SMR-B、SMR-P從斷開切 換為接通。由此，能夠使限流電阻R中流過電流，能夠抑制浪涌電流。在該里，在車輛的啟 動開關(guān)從斷開切換為接通時，電池組10與負(fù)載連接。與啟動開關(guān)接通及斷開相關(guān)的信息輸 入至控制器40。
[003引然后，控制器40在將系統(tǒng)主繼電器SMR-G從斷開切換為接通后，將系統(tǒng)主繼電器SMR-P從接通切換為斷開。由此，電池組10與負(fù)載之間的連接完成，圖1所示的電池系統(tǒng) 成為啟動狀態(tài)巧eady-化）。另一方面，在將電池組10和負(fù)載之間的連接斷開時，控制器40 將系統(tǒng)主繼電器SMR-B、SMR-G從接通切換為斷開。由此，能夠使圖1所示的電池系統(tǒng)的動 作停止。在該里，在啟動開關(guān)從接通切換為斷開時，斷開電池組10和負(fù)載之間的連接。
[0039] 監(jiān)視單元20檢測電池組10 (后述的各電池塊11)的電壓，將檢測結(jié)果向控制器40 輸出。溫度傳感器31檢測電池組10的溫度，將檢測結(jié)果向控制器40輸出。電流傳感器32 檢測流過電池組10的電流值，將檢測結(jié)果向控制器40輸出。例如，在電池組10放電時，作 為由電流傳感器32檢測出的電流值，可W使用正值。另外，在電池組10充電時，作為由電 流傳感器32檢測出的電流值，可W使用負(fù)值。
[0040] 電流傳感器32能夠檢測出流過電池組10的電流值即可，也可W不設(shè)置在正極線 化上而是設(shè)置在負(fù)極線化上。另外，也可W使用多個電流傳感器32。此外，如果考慮成本 或尺寸，則優(yōu)選如本實施例所示，針對1個電池組10設(shè)置1個電流傳感器32。
[0041] 控制器40內(nèi)置存儲器41，存儲器41存儲用于使控制器40動作的程序及特定信 息。存儲器41也可W設(shè)置在控制器40的外部。
[0042] 升壓電路33將電池組10的輸出電壓進(jìn)行升壓，并將升壓后的電力向逆變器34輸 出。另外，升壓電路33能夠?qū)δ孀兤?4的輸出電壓進(jìn)行降壓，并將降壓后的電力向電池組 10輸出。升壓電路33接受來自控制器40的控制信號后進(jìn)行動作。在本實施例的電池系統(tǒng) 中使用了升壓電路33，但也可W省略升壓電路33。
[0043] 逆變器34將從升壓電路33輸出的直流電變換為交流電，并將交流電向電動機(jī)?發(fā) 電機(jī)35輸出。另外，逆變器34將電動機(jī)?發(fā)電機(jī)35生成的交流電變換為直流電，并將直 流電向升壓電路33輸出。作為電動機(jī)?發(fā)電機(jī)35,例如可W使用S相交流電動機(jī)。
[0044] 電動機(jī)?發(fā)電機(jī)35接收來自逆變器34的交流電，生成用于使車輛行駛的動能。在 使用電池組10的輸出電力使車輛行駛時，由電動機(jī)?發(fā)電機(jī)35產(chǎn)生的動能傳遞至車輪。
[0045] 在使車輛減速或停止時，電動機(jī)?發(fā)電機(jī)35將車輛制動時產(chǎn)生的動能變換為電能 (交流電）。逆變器34將電動機(jī)?發(fā)電機(jī)35產(chǎn)生的交流電變換為直流電，并將直流電向升 壓電路33輸出。升壓電路33將來自逆變器34的電力向電池組10輸出。由此，能夠?qū)⒃?生電力存儲在電池組10中。
[0046] 圖2示出電池組10的結(jié)構(gòu)。電池組10具有串聯(lián)連接的多個電池塊（相當(dāng)于本發(fā) 明的蓄電塊）11。通過將多個電池塊11串聯(lián)連接，能夠確保電池組10的輸出電壓。在該 里，電池塊11的數(shù)量可W考慮所要求的電池組10的電壓而適當(dāng)設(shè)定