放電末期電壓修正裝置和放電末期電壓修正方法
2023-05-01 05:03:46
專利名稱：放電末期電壓修正裝置和放電末期電壓修正方法
技術領域：
本發明涉及一種對並聯連接體的放電末期電壓進行修正的放電末期電壓修正裝置和放電末期電壓修正方法，該並聯連接體是對鈉硫電池的單電池或者單電池的串聯連接體進行並聯連接得到的。
背景技術：
專利文獻I和專利文獻2涉及使鈉硫電池放電中止的放電末期電壓的修正。專利文獻I的放電末期電壓的修正如下將內部電阻分離為歐姆電阻和極化電
阻，並從放電末期釋放電壓減去放電電流和歐姆電阻的乘積以及實施了延時處理的放電電流和極化電阻的乘積來作為放電末期電壓。另外，專利文獻2的放電末期電壓的修正如下從放電末期釋放電壓減去內部電阻和放電電流的乘積來作為放電末期電壓。通過充放電循環數和正常並聯數來修正內部電阻。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :特開2008-251291號公報專利文獻2 :特開2000-182662號公報
發明內容
發明要解決的課題現有的放電末期電壓的修正存在的問題是，因內部電阻得不到恰當的修正而放電末期電壓得不到恰當的修正。這是因為存在現有技術的充放電循環數和正常並聯數沒有正確反映內部電阻的情況。本發明是為了解決該問題而提出的，其目的在於提供一种放電末期電壓能夠得到恰當修正的放電末期電壓修正裝置和放電末期電壓修正方法。解決課題的方法為了解決以上所述的課題，第I發明是一种放電末期電壓修正裝置，其對將鈉硫電池的單電池或單電池的串聯連接體並聯連接的第I並聯連接體的放電末期電壓進行修正，其特徵在於，所述裝置具備放電深度推導部，按照每次充放電循環推導第I並聯連接體的放電深度；增量推導部，按照每次充放電循環推導等效循環數的增量，所述等效循環數隨著由所述放電深度推導部推導的放電深度變深而變大；等效循環數推導部，對由所述增量推導部推導的增量進行合計並推導等效循環數；信息保持部，對表示釋放電壓和放電深度之間關係的信息進行保持；第I絕對充放電深度推導部，參照由所述信息保持部保持的信息而推導與第I並聯連接體放電結束後的釋放電壓對應的第I並聯連接體的放電深度作為絕對充放電深度；第2絕對充放電深度推導部，參照由所述信息保持部保持且由所述第I絕對充放電深度推導部參照的信息，而推導與第2並聯連接體放電結束後的釋放電壓對應的第2並聯連接體的放電深度作為絕對充放電深度，所述第2並聯連接體串聯連接於第I並聯連接體上；比推導部，在假定第I並聯連接體的正常並聯數與第2並聯連接體的正常並聯數相同的情況下，推導第2並聯連接體從放電開始放電至由所述第2絕對充放電深度推導部推導的絕對充放電深度為止的容量對於第I並聯連接體從放電開始放電至由所述第I絕對充放電深度推導部推導的絕對充放電深度為止的容量的比；正常並聯數推導部，由所述比推導部推導的比乘以第2並聯連接體的正常並聯數而推導第I並聯連接體的正常並聯數；歐姆電阻修正部，使第I並聯連接體的歐姆電阻的估算值隨著由所述等效循環數推導部推導的等效循環數增加而增加，並使第I並聯連接體的歐姆電阻的估算值隨著由所述正常並聯數推導部推導的正常並聯數減少而增加；放電末期電壓修正部，從放電末期釋放電壓中減去第I並聯連接體的放電電流和由所述歐姆電阻修正部修正的第I並聯連接體的歐姆電阻的估算值的乘積、以及實施了延時處理的第I並聯連接體的放電電流和第I並聯連接體的極化電阻的乘積來作為放電末期電壓。第2發明是在第I發明的放電末期電壓修正裝置中，所述增量推導部使得增量對於放電深度的增加係數隨著由所述放電深度推導部推導的放電深度變深而變小。第3發明是在第I或第2發明的放電末期電壓修正裝置中，所述歐姆電阻修正部使得歐姆電阻的估算值對於等效循環數的增加係數隨著由所述等效循環數推導部推導的等效循環數增加而變小。第4發明是一种放電末期電壓修正方法，其對鈉硫電池的單電池或單電池串聯連接體進行並聯連接的第I並聯連接體放電末期電壓進行修正，其特徵在於，所述方法包括(a)按照每次充放電循環推導第I並聯連接體的放電深度的工序；(b)按照每次充放電循環推導等效循環數的增量的工序，所述等效循環數隨著在所述工序(a)中推導的放電深度變深而變大；(C)對在所述工序(b)中推導的增量進行合計並推導等效循環數的工序；(d)參照表示釋放電壓和放電深度之間關係的信息而推導與第I並聯連接體的放電結束後的釋放電壓對應的第I並聯連接體的放電深度作為絕對充放電深度的工序；(e)參照在所述工序(d)中參照的信息，而推導與第2並聯連接體放電結束後的釋放電壓對應的第2並聯連接體的放電深度作為絕對充放電深度的工序，所述第2並聯連接體串聯連接於第I並聯連接體上；(f)在假定第I並聯連接體的正常並聯數與第2並聯連接體的正常並聯數相同的情況下，推導第2並聯連接體從放電開始放電至在所述工序(e)中推導的絕對充放電深度為止的容量對於第I並聯連接體從放電開始放電至在所述工序(d)中推導的絕對充放電深度為止的容量的比的工序；(g)在所述工序(f)中推導的比乘以第2並聯連接體的正常並聯數而推導第I並聯連接體的正常並聯數的工序；(h)使第I並聯連接體的歐姆電阻的估算值隨著在所述工序(C)中推導的等效循環數增加而增加，並使第I並聯連接體的歐姆電阻的估算值隨著在所述工序(g)中推導的正常並聯數減少而增加的工序；(i)從放電末期釋放電壓中減去第I並聯連接體的放電電流和在所述工序(g)中修正的第I並聯連接體的歐姆電阻的估算值的乘積、以及實施了延時處理的第I並聯連接體的放電電流和第I並聯連接體的極化電阻的乘積來作為放電末期電壓的工序。發明效果若採用本發明，歐姆電阻得到正確的修正，因此放電末期電壓得到正確的修正。
圖I是模塊的電路圖。圖2是模塊和模塊控制裝置的方框圖。圖3是控制部的方框圖。圖4是說明在不考慮極化電阻而修正放電末期電壓時的缺點的圖。圖5是說明在不考慮極化電阻而修正放電末期電壓時的優點的圖。圖6是表示放電電流的時間變化的圖。圖7是表示等效循環數和歐姆電阻之間的優選關係的圖表。圖8是表示放電深度和等效循環數增量之間的優選關係的圖表。圖9是表示電池塊的釋放電壓和構成電池塊的單電池的放電深度之間關係的圖。
具體實施例方式以下的詳細說明和附圖使本發明的目的、特徵、局面以及優點更明確。(鈉硫電池的模塊1102)圖I是鈉硫電池的模塊1102的電路圖。如圖I所示，模塊1102是串聯連接電池塊1104的串聯連接體，電池塊1104是並聯連接組列1106的並聯連接體，組列1106是串聯連接單電池1108的直接連接體。圖I表示了電池塊1104的串聯連接數為4的情況，但電池塊1104的串聯連接數根據模塊的規格而增減。對全部電池塊1104而言，組列1106的並聯連接數NP相同，對全部組列1106而言，單電池1108的串聯連接數NS相同。組列1106的並聯連接數NP和單電池1108的串聯連接數NS也根據模塊的規格而增減。典型地，組列1106的並聯連接數NP和單電池1108的串聯連接數NS為2以上。但是，在單電池1108的串聯連接數NS為I的情況下，即，在電池塊1104為單電池1108的並聯連接體的情況下也可以實施後述的歐姆電阻RO的修正。(控制裝置1002的概要)圖2是控制模塊1102及模塊1102的充放電的優選實施方案的控制裝置1002的方框圖。如圖2所示，控制裝置1002具備測定各電池塊1104的電壓的電壓計測部1004 ；計測模塊1102的充放電電流的電流計測部1006 ;測定各電池塊1104的溫度的溫度計測部1008 ;雙向轉換器1010，在從模塊1102向電力系統1902供應電力時進行直流到交流的變換並在從電力系統1902向模塊1102供應電力時進行交流到直流的變換；控制部1012，獲得電壓計測部1004、電流計測部1006以及溫度計測部1008的計測結果並控制雙向轉換器1010。模塊1102為電池塊1104的串聯連接體，因此由電流計測部1006計測出的模塊1102的充放電電流視為電池塊1104的充放電電流。(放電的中止)如果從電壓計測部1004獲得的電池塊1104的電壓小於放電末期電壓VL，則控制部1002通過控制雙向轉換器1010中止模塊1102的放電。(控制部1012的概要)圖3是控制部1012的方框圖。圖3的各電池塊至少可以通過在具備CPU和存儲器的嵌入式計算機中運行程序來實現，也可以通過硬體來實現。
(放電末期電壓修正部1020)如圖3所示，控制部1012具備用於修正放電末期電壓VL的放電末期電壓修正部1020。放電末期電壓修正部1020將模塊1102的內部電阻R分離為歐姆電阻RO和極化電阻RP。根據式(I)，放電末期電壓修正部1020從放電末釋放電壓VLOC減去由電流計測部1006得到的電池塊1104的放電電流I和電池塊1104的歐姆電阻RO的乘積I X R0、以及對電池塊1104的放電電流I實施了延時處理的放電電流ITD和電池塊1104的極化電阻RP的乘積ITDXRP來作為放電末期電壓VL。(式I)Vl = Vloc-Ixro-ItdxrPw(I)放電電流I是由電流計測部1006計測出的實測值，是時間函數。延時處理是對時
間取積分平均、移動平均等的處理。實施了延時處理的放電電流ITD是反映過去的放電電流I的運算值，是時間函數。歐姆電阻RO是根據電池塊1104的等效循環數CY和正常並聯數NPS估算的估算值。極化電阻RP為設定值。(考慮極化電阻RP而修正放電末期電壓VL的優點)圖4是說明在不考慮極化電阻RP而修正放電末期電壓VL時的缺點的圖。圖5是說明在考慮極化電阻RP而修正放電末期電壓VL時的優點的圖。圖4和圖5是表示電池塊1104的電壓V和放電末期電壓VL的時間變化的圖表。圖6是表示電池塊1104的放電電流I的時間變化的圖表。在圖6中所示的電池塊1104的放電被中止的時刻TS之前，如圖4和圖5所示，電池塊1104的電壓V隨著時間而降低，並且時刻TS以後，電池塊1104的電壓V隨著時間而恢復。因此，不考慮極化電阻RP而修正放電末期電壓VL時，如圖4所示，放電末期電壓VL在時刻TS急劇上升，因此，即使在時刻TS之前電池塊1104的電壓V不低於放電末期電壓VL，在時刻TS之後電池塊1104的電壓V也會低於放電末期電壓VL。另外，考慮極化電阻RP而修正放電末期電壓VL時，如圖5所示，放電末期電壓VL在時刻TS並未急劇上升，因此，即使在時刻TS之前電池塊1104的電壓V不低於放電末期電壓VL，在時間TS之後電池塊1104的電壓V也很少會低於放電末期電壓VL。也就是說，抑制了對放電末的誤檢測。(歐姆電阻修正部IO22)如圖3所示，控制部1012還具備修正歐姆電阻RO的歐姆電阻修正部1022。歐姆電阻修正部1022使歐姆電阻RO隨著由等效循環數推導部1028推導的等效循環數CY的增加而增加，並使歐姆電阻RO隨著由正常並聯數推導部1038推導的正常並聯數NPH的減少而增加。所謂的「推導」是指，根據運行控制程序的嵌入式計算機中的算式的運算、根據表的轉換、根據模擬運算電路的運算等處理。(等效循環數CY)等效循環數CY是，在每次充放電循環反覆進行與額定容量大致相同容量的放電時，電池塊1104劣化至大致相同的劣化程度為止的充放電循環數。等效循環數CY取不同於實際充放電循環數的值，也可以取自然數以外的值。等效循環數CY隨著充放電循環數增加而增加。各充放電循環的等效循環數CY的增量A CY取O至I的值，其隨著放電深度DD變深而變大。等效循環數CY與充放電循環數相比更恰當地反映電池塊1104的劣化。因此，如果基於等效循環數CY來修正歐姆電阻RO，則歐姆電阻RO得到正確的修正，從而使放電末期電壓VL得到正確修正。(正常並聯數NPH)正常並聯數NPH是當電池塊1104為只由正常組列1106構成的並聯連接體時得到相同容量的組列1106的並聯數。正常並聯數NPH取不同於組列1106的實際並聯數NP的
值，也可以取自然數以外的值。(等效循環數CY和歐姆電阻RO的關係)圖7是表示正常並聯數NPH無變化時的等效循環數CY和歐姆電阻RO之間的優選關係的圖表。優選地，如圖7所示，與等效循環數CY小於閾值TCY時相比，等效循環數CY
大於閾值TCY時歐姆電阻RO對於等效循環CY的增加係數dRO/dCY，即圖7中圖表的斜率更小。這樣，通過使增加係數dRO/dCY隨著等效循環數CY增加而變小，使歐姆電阻RO得到正確的修正，因此放電末期電壓VL得到正確的修正。增加係數dRO/dCY和閾值TCY的具體值由單電池1108的規格決定。不僅將增加係數dRO/dCY轉換為2階段，也可以轉換為3階段以上。(歐姆電阻RO的修正式的例子)對歐姆電阻RO的修正式的例子進行說明。但是，也可以採用在此說明的修正式以外的修正式。如式(2)所示，歐姆電阻RO是依賴於等效循環數CY和正常並聯數NPH的第I項和依賴於模塊1102的溫度TEMP的第2項之和。設定值K1、K2、K3由單電池1108的規格決定。溫度TEMP是由溫度計測部1008計測的實測值，是時間函數。(式2)
NSRO=KIxRCN- ITEMP-K21 xK3x——￠2)
NP在等效循環數CY小於閾值TCY時，依賴於等效循環數CY和正常並聯數NPH的第I項的可變因子RCN根據式(3)推導，在等效循環數CY為閾值TCY以上時根據式(4)推導。可變因子RCN為等效循環數CY的一次函數，為正常並聯數NPH的負一次函數。設定值K4、K5、K6、K7由單電池1108的規格決定。為了使增加係數dRO/dCY在等效循環數CY大於閾值時比等效循環數CY小於閾值時更小，使設定值K7比設定值K5更小。(式3)
NPRCN= (K4+ K5KCY) K —^— (CYXTGY)….:3)
NPH(式4)
NPRCN= kK64HT/x(CY—TCY}1x - H'CYSCY;…(4)
+ + NPH(等效循環數CY的推導)如圖3所示，為了推導等效循環數CY，控制部1012具備放電深度推導部1024，按每次充放電循環推導電池塊1104的放電深度DD ;增量推導部1026，按每次充放電循環推導等效循環數CY的增量△ CY ;推導等效循環數CY的等效循環數推導部1028。(放電深度推導部1024)
根據式(5)，放電深度推導部1024，將電池塊1104的放電電流I對時間t進行從放電開始時的TO到放電完成時的Tl為止的積分，並推導以放電容量(Ah)表示的放電深度DC。為減少誤差，放電電流I小於閾值期間可以停止放對電電流I的積分。(式5)
權利要求
1.一种放電末期電壓修正裝置，對將鈉硫電池的單電池或單電池的串聯連接體並聯連接的第I並聯連接體的放電末期電壓進行修正，其特徵在於，所述裝置具備 放電深度推導部，按照每次充放電循環推導第I並聯連接體的放電深度； 增量推導部，按照每次充放電循環推導等效循環數的增量，所述等效循環數隨著由所述放電深度推導部推導的放電深度變深而變大； 等效循環數推導部，對由所述增量推導部推導的增量進行合計並推導等效循環數； 信息保持部，對表示釋放電壓和放電深度之間關係的信息進行保持； 第I絕對充放電深度推導部，參照由所述信息保持部保持的信息而推導與第I並聯連接體放電結束後的釋放電壓對應的第I並聯連接體的放電深度作為絕對充放電深度； 第2絕對充放電深度推導部，參照由所述信息保持部保持且由所述第I絕對充放電深度推導部參照的信息，而推導與第2並聯連接體放電結束後的釋放電壓對應的第2並聯連接體的放電深度作為絕對充放電深度，所述第2並聯連接體串聯連接於第I並聯連接體上； 比推導部，在假定第I並聯連接體的正常並聯數與第2並聯連接體的正常並聯數相同的情況下，推導第2並聯連接體從放電開始放電至由所述第2絕對充放電深度推導部推導的絕對充放電深度為止的容量對於第I並聯連接體從放電開始放電至由所述第I絕對充放電深度推導部推導的絕對充放電深度為止的容量的比； 正常並聯數推導部，由所述比推導部推導的比乘以第2並聯連接體的正常並聯數而推導第I並聯連接體的正常並聯數； 歐姆電阻修正部，使第I並聯連接體的歐姆電阻的估算值隨著由所述等效循環數推導部推導的等效循環數增加而增加，並使第I並聯連接體的歐姆電阻的估算值隨著由所述正常並聯數推導部推導的正常並聯數減少而增加； 放電末期電壓修正部，從放電末期釋放電壓中減去第I並聯連接體的放電電流和由所述歐姆電阻修正部修正的第I並聯連接體的歐姆電阻的估算值的乘積、以及實施了延時處理的第I並聯連接體的放電電流和第I並聯連接體的極化電阻的乘積來作為放電末期電壓。
2.權利要求I所述的放電末期電壓修正裝置，其中，所述增量推導部使得增量對於放電深度的增加係數隨著由所述放電深度推導部推導的放電深度變深而變小。
3.權利要求I或權利要求2所述的放電末期電壓修正裝置，其中所述歐姆電阻修正部使得歐姆電阻的估算值對於等效循環數的增加係數隨著由所述等效循環數推導部推導的等效循環數增加而變小。
4.一种放電末期電壓修正方法，對鈉硫電池的單電池或單電池串聯連接體進行並聯連接的第I並聯連接體放電末期電壓進行修正，其特徵在於，所述方法包括 (a)按照每次充放電循環推導第I並聯連接體的放電深度的工序； (b)按照每次充放電循環推導等效循環數的增量的工序，所述等效循環數隨著在所述工序(a)中推導的放電深度變深而變大； (C)對在所述工序(b)中推導的增量進行合計並推導等效循環數的工序； (d)參照表示釋放電壓和放電深度之間關係的信息而推導與第I並聯連接體的放電結束後的釋放電壓對應的第I並聯連接體的放電深度作為絕對充放電深度的工序；(e)參照在所述工序(d)中參照的信息，而推導與第2並聯連接體放電結束後的釋放電壓對應的第2並聯連接體的放電深度作為絕對充放電深度的工序，所述第2並聯連接體串聯連接於第I並聯連接體上； (f)在假定第I並聯連接體的正常並聯數與第2並聯連接體的正常並聯數相同的情況下，推導第2並聯連接體從放電開始放電至在所述工序(e)中推導的絕對充放電深度為止的容量對於第I並聯連接體從放電開始放電至在所述工序(d)中推導的絕對充放電深度為止的容量的比的工序； (g)在所述工序(f)中推導的比乘以第2並聯連接體的正常並聯數而推導第I並聯連接體的正常並聯數的工序； (h)使第I並聯連接體的歐姆電阻的估算值隨著在所述工序 (C)中推導的等效循環數增加而增加，並使第I並聯連接體的歐姆電阻的估算值隨著在所述工序(g)中推導的正常並聯數減少而增加的工序； (i)從放電末期釋放電壓中減去第I並聯連接體的放電電流和在所述工序(g)中修正的第I並聯連接體的歐姆電阻的估算值的乘積、以及實施了延時處理的第I並聯連接體的放電電流和第I並聯連接體的極化電阻的乘積來作為放電末期電壓的工序。
全文摘要
提供一种放電末期電壓得到恰當的修正的放電末期電壓修正裝置和放電末期電壓修正方法。放電末期電壓修正部從放電末期釋放電壓(VLOC)中減去電池塊的放電電流(I)和電池塊的歐姆電阻(RO)的乘積(I×RO)、以及對電池塊放電電流(I)實施了延時處理的放電電流(ITD)和電池塊極化電阻(RP)的乘積(ITD×RP)來作為放電末期電壓(VL)。歐姆電阻(RO)隨著等效循環數(CY)增加而增加，並隨著正常並聯數(NPH)減少而增加。各充放電循環的等效循環數(CY)的增量(ΔCY)隨著放電深度(DD)越深而越大。基準電池塊的容量(CPR)對於對象電池塊的容量(CPS)的比乘以基準電池塊的正常並聯數(NPHR)，由此推導正常並聯數(NPH)。
文檔編號H01M10/44GK102804479SQ20108002760
公開日2012年11月28日 申請日期2010年3月30日 優先權日2009年6月29日
發明者古田一人, 平井直樹, 生田慶太 申請人:日本礙子株式會社