УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ Российский патент 2014 года по МПК H02J7/02 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству управления аккумуляторной батареей для биполярной аккумуляторной батареи.

Уровень техники

[0002] Известная биполярная аккумуляторная батарея содержит множество элементов, сформированных между смежными парами коллекторов, при этом каждый из элементов содержит множество биполярных электродов, соединенных последовательно со слоями электролита между ними, и каждый из биполярных электродов содержит коллектор, имеющий слой активного материала положительного полюса, сформированный на одной поверхности, и слой активного материала отрицательного полюса, сформированный на другой поверхности. В этом типе биполярной аккумуляторной батареи, в патентном документе 1, например, раскрыта технология, которая заключает в себе разрядку для того, чтобы регулировать емкость элементов, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею, посредством предоставления линий детектирования напряжения на биполярных электродах и использования упомянутых линий детектирования напряжения.

Патентные документы

[0003] Патентный документ 1. Патентный документ 1: Выложенная заявка на патент (Япония) № 2006-127857.

Краткое изложение существа изобретения

[0004] Тем не менее, градиент напряжения на биполярной аккумуляторной батарее во время разрядки для регулирования емкост, не рассматривается в вышеуказанном предшествующем уровне техники при разрядке для регулирования емкости в элементах, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею. Следовательно, увеличение напряжения возникает локально в биполярной аккумуляторной батарее. Как результат, в биполярной аккумуляторной батарее создаются секции, которые превышают верхнее предельное напряжение, и развивается ухудшение параметров биполярной аккумуляторной батареи.

[0005] Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы надлежащим образом предотвращать ухудшение параметров в биполярной аккумуляторной батарее, вызываемое посредством локального увеличения напряжения биполярной аккумуляторной батареи при разрядке для регулирования емкости элементов, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею.

[0006] Настоящее изобретение достигает вышеуказанной цели в устройстве управления аккумуляторной батареи, которое регулирует разброс напряжения или разброс емкости между элементами, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею, посредством разрядки для регулирования емкости элементов, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею, посредством вычисления значения увеличения напряжения оставшихся элементов, которые не разряжены, когда разрядка для регулирования емкости выполняется для одного или более элементов из элементов, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею, и задания общего значения тока разрядки для разрядки для регулирования емкости, на основе упомянутых результатов вычисления значения увеличения напряжения.

[0007] Согласно настоящему изобретению, значение увеличения напряжения оставшихся элементов, которые не разряжены, вычисляется при разрядке для регулирования емкости элементов, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею, и общее значение тока разрядки для разрядки для регулирования емкости задается на основе упомянутых результатов вычисления значения увеличения напряжения. Следовательно, можно предотвращать превышения напряжением оставшихся элементов, которые не разряжены, предварительно определенного верхнего предельного напряжения. Как результат, может предотвращаться ухудшение параметров в биполярной аккумуляторной батарее.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг.1 является видом в поперечном сечении, изображающим биполярную аккумуляторную батарею, связанную с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 является схемой, изображающей принципиальную схему системы управления для биполярной аккумуляторной батареи 1, связанной с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 является видом в поперечном сечении, изображающим пример биполярной аккумуляторной батареи, связанной с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 является графиком, изображающим распределение напряжения в каждое предварительно определенное время до начала разрядки и после начала разрядки в элементах, которые разряжены.

Фиг.5 является графиком, изображающим изменения напряжения на контактных выводах элементов, которые разряжены, и элементов, которые не разряжены.

Фиг.6 является графиком, изображающим изменения напряжения на стороне разрядного контактного вывода элементов, которые разряжены, и элементов, которые не разряжены.

Фиг.7 является графиком, изображающим изменения напряжения на противоположной стороне от разрядного контактного вывода элементов, которые разряжены, и элементов, которые не разряжены.

Фиг.8 является блок-схемой последовательности операций способа, изображающей процесс для разрядки для регулирования емкости биполярной аккумуляторной батареи 1 с помощью устройства 100 управления аккумуляторной батареей в варианте осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительных вариантов воплощения

[0009] Варианты осуществления настоящего изобретения поясняются ниже на основе чертежей.

[0010] Прежде всего, поясняется биполярная аккумуляторная батарея, связанная с вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг.1 является видом в поперечном сечении, изображающим биполярную аккумуляторную батарею, связанную с вариантом осуществления настоящего изобретения. В нижеприведенном пояснении, в качестве примера используется случай, в котором биполярная аккумуляторная батарея, связанная с вариантом осуществления настоящего изобретения, представляет собой ионно-литиевую вторичную аккумуляторную батарею. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничено, в частности, этим типом вторичной аккумуляторной батареи и может применяться к другим вторичным аккумуляторным батареям.

[0011] Как показано на фиг.1, биполярная аккумуляторная батарея 1 согласно варианту осуществления настоящего изобретения содержит биполярный электрод 13, который имеет слой 132 активного материала положительного полюса, слой 133 активного материала отрицательного полюса и коллектор 131, разделитель 14, герметизированную часть 15, которая включает в себя первую герметизированную часть 151 и вторую герметизированную часть 152, и внешний элемент 16, который включает в себя верхний внешний элемент 161 и нижний внешний элемент 162 для закрывания вышеуказанных частей.

[0012] Биполярный электрод 13 создается посредством формирования слоя 132 активного материала положительного полюса на одной поверхности коллектора 131 и слоя 133 активного материала отрицательного полюса на другой поверхности.

[0013] Коллектор 131 является электропроводящим слоем, сформированным из тонкой пленки, полученной посредством заполнения электропроводящих заполнителей в изолирующий полимер. В варианте осуществления настоящего изобретения, электропроводность коллектора 131 может задаваться низкой в направлении в плоскости коллектора 131 при поддержании электропроводности в направлении толщины коллектора 131 посредством использования тонкой пленки, полученной посредством заполнения электропроводящих заполнителей в изолирующий полимер, в качестве коллектора 131. За счет этого концентрация тока в области короткого замыкания может эффективно предотвращаться в биполярной аккумуляторной батарее 1, даже когда возникает короткое замыкание в направлении наслаивания, и может повышаться стабильность вторичной аккумуляторной батареи 1.

[0014] В частности, электропроводящий заполнитель для формирования коллектора 131 не ограничен и может быть выбран согласно назначению. Например, может быть использована углеродная сажа, металлические макрочастицы, проводящая керамика и т.п. Кроме того, изолирующий полимер для формирования коллектора 131 не ограничен конкретным образом и может быть выбран согласно назначению. Например, могут быть использованы изолирующие полимеры с тепловой пластичностью, такие как полиэтилен, полипропилен и полистирол.

[0015] Слой 132 активного материала положительного полюса включает в себя активный материал положительного полюса. Кроме того, слой 132 активного материала положительного полюса может включать в себя агенты для повышения электропроводности, связующие и электролиты в дополнение к активному материалу положительного полюса. В качестве активного материала положительного полюса используются оксид LiMn₂O₄ лития и марганца, оксид лития и кобальта и другие оксиды лития и переходного металла. Кроме того, в качестве агента для повышения электропроводности используются, например, ацетиленовая сажа, углеродная сажа, графит и т.п. Кроме того, в качестве связующего используются винилиденполифторид, стиролбутадиеновый каучук и т.п.

[0016] В качестве электролита может быть использован гелеобразный электролит, в котором раствор электролита удерживается посредством скелетной структуры полимера, полностью твердый полимерный электролит, который не включает в себя пластификатор, и т.п. в дополнение к раствору электролита.

[0017] Раствор электролита является раствором, полученным посредством растворения электролитической соли в пластификаторе. В качестве электролитической соли могут быть использованы литиевые соли на основе анионов неорганической кислоты, такие как LiPF₆, LiBF₄, LiClO₄, LiAsF₆, LiTaF₆, LiAlCl₄, Li₂B₁₀Cl₁₀ и т.п., и литиевые соли на основе анионов органической кислоты, такие как LiCF₃SO₃, Li(CF₃SO₂)2N, Li(C₂F₅SO₂)₂N и т.п. Кроме того, в качестве пластификатора, могут быть использованы циклические карбонаты, такие как пропиленкарбонат, этиленкарбонат и т.п.; карбонаты с цепным строением молекул, такие как диметилкарбонат, метилэтилкарбонат, диэтилкарбонат и т.п.; эфиры, такие как тетрагидрофуран, 2-метилтетрагидрофуран, 1,4-диоксан, 1,2-диметоксиэтан, 1,2-дибутоксиэтан и т.п.; лактоны, такие как γ-бутиролактон и т.п.; нитрилы, такие как ацетонитрил и т.п.; сложные эфиры, такие как метил пропионовой кислоты и т.п.; амиды, такие как диметилформамид и т.п.; метилацетат, метилформиат; и т.п.

[0018] В качестве полимера, который формирует гелеобразный электролит, могут быть использованы, например, полиэтиленоксид (PEO), полипропиленоксид (PPO), полиэтиленгликоль (PEG), полиакрилонитрил (PAN), сополимер поливинилиденфторида и гексафторпропилена (PVDF-HFP), поли-(метилметакрилат) (PMMA) и их сополимеры.

[0019] Полностью твердый полимерный электролит формируется из вышеуказанных электролитических солей и полимера, который имеет ионную электропроводность. Полимер, который имеет ионную электропроводность, не ограничен конкретным образом, и могут быть использованы общеизвестные полимеры. Например, могут быть использованы полиэтиленоксид (PEO), полипропиленоксид (PPO) и их сополимеры. Кроме того, полимер, который имеет ионную электропроводность, может формироваться с перекрестно сшитой структурой, чтобы предоставлять превосходную механическую прочность.

[0020] Слой 133 активного материала отрицательного полюса включает в себя активный материал отрицательного полюса. Слой 133 активного материала отрицательного полюса может включать в себя агенты для повышения электропроводности, связующие и электролиты в дополнение к активному материалу отрицательного полюса. В качестве активного материала отрицательного полюса используются, например, твердый углерод (трудно поддающийся карбонизации углеродный материал), графитовый углеродный материал, оксиды лития и переходного металла и т.п. Кроме того, вышеуказанные материалы могут быть использованы в качестве агента для повышения электропроводности, связующего и электролита.

[0021] Первая герметизированная часть 151 выполняется на одной поверхности коллектора 131 таким образом, что она окружает слой 132 активного материала положительного полюса. Кроме того, вторая герметизированная часть 152 выполняется на задней поверхности в позиции, идентичной позиции первой герметизированной части 151, и является другой поверхностью коллектора 131 таким образом, что она окружает слой 133 активного материала отрицательного полюса.

[0022] Герметизирующий материал, который формирует первую герметизированную часть 151 и вторую герметизированную часть 152, состоит от изоляционного материала, такого как жидкая эпоксидная смола и другие термореактивные смолы, полипропилен, полиэтилен и другие термопластические смолы и т.п. Материал, который формирует первую герметизированную часть 151 и вторую герметизированную часть 152, должен демонстрировать предпочтительный эффект герметизации согласно среде использования и должен быть надлежащим образом выбран согласно варианту применения аккумуляторной батареи.

[0023] Разделитель 14 выполняется между двумя смежными коллекторами 131 и 131 так, что одна поверхность закрывает слой 132 активного материала положительного электрода и первую герметизированную часть 151, а другая поверхность закрывает слой 133 активного материала отрицательного электрода и вторую герметизированную часть 152.

[0024] Разделитель 14 является пористой пленкой для разделения слоя 132 активного материала положительного электрода и слоя 133 активного материала отрицательного электрода, и электролит насыщается в этом разделителе 14. Этот разделитель 14 является изолятором для предотвращения прямого контакта между слоем 132 активного материала положительного электрода и слоем 133 активного материала отрицательного электрода, но может демонстрировать ионную электропроводность посредством насыщения электролита во множество пор, сформированных в разделителе 14. В качестве разделителя 14 используется, например, пористая пленка, сформированная из полиолефина, такого как полиэтилен PE и полипропилен PP, целлюлоза и т.п. В качестве электролита, насыщенного в разделителе 14, могут быть использованы вышеуказанные электролиты. При использовании полностью твердого полимерного электролита в качестве электролита может применяться конфигурация, в которой пленка, сформированная из полностью твердого полимерного электролита, используется вместо использования пористой пленки в качестве разделителя 14, в качестве замены для структуры, в которой полностью твердый полимерный электролит пропитывается в пористой пленке, которая формирует разделитель 14.

[0025] Кроме того, множество биполярных электродов 13 и разделителей 14 попеременно наслаиваются таким образом, что они формируют электродный многослойный материал 10, как показано на фиг.1. Электродный многослойный материал 10 изготавливается посредством попеременного наслаивания множества биполярных электродов 13 и разделителей 14 таким образом, что они формируют множество соединенных последовательно элементов 20 (элементов выработки электроэнергии), причем каждый из элементов 20 содержит слой 132 активного материала положительного электрода, разделитель 14 и слой 133 активного материала отрицательного электрода. Фиг.1 изображает пример, в котором четыре биполярных электрода 13 и три разделителя 14 наслаиваются попеременно, чтобы получать три соединенных последовательно элемента 20. Тем не менее, число наслоений для биполярных электродов 13 и разделителей 14 и число элементов 20, сформированных в результате, не ограничено, в частности, числами, изображенными на фиг.1, и может быть надлежащим образом определено согласно назначению.

[0026] Кроме того, электродный многослойный материал 10 выполняется во внешнем элементе 16, который включает в себя верхний внешний элемент 161 и нижний внешний элемент 162, чтобы защищать от внешнего воздействия и предотвращать ухудшение качества окружающей среды. Исходя из снижения веса и теплопроводности, внешний элемент 16 формируется из герметизирующего материала, такого как многослойная пленка, состоящая из металла и полимера, полученного посредством покрытия металла (включает в себя сплавы), такого как алюминий, нержавеющая сталь, никель, медь и т.п., изолятором, таким как пленка на основе полипропилена и т.п., и термического плавления одной части или всей части ее внешней границы.

[0027] Кроме того, пластина 11 с контактными выводами положительного электрода и пластина 12 с контактными выводами отрицательного электрода, соответственно, выполняются на крайних внешних слоях (в самой верхней позиции и самой нижней позиции) электродного многослойного материала 10. Кроме того, пластина 11 с контактными выводами положительного электрода и пластина 12 с контактными выводами отрицательного электрода, соответственно, выводятся наружу из внешнего элемента 16 и выступают в качестве электродных лепестковых выводов для вывода тока из электродного многослойного материала 10.

[0028] Кроме того, в биполярной аккумуляторной батарее 1 настоящего варианта осуществления разрядный контактный вывод 30 формируется в коллекторе 131 соответствующего биполярного электрода 13 и, соответственно, электрически соединяется с коллектором 131, как изображено на фиг.1. Разрядный контактный вывод 30 выходит за пределы внешнего элемента 16 и используется для того, чтобы выполнять детектирование напряжения в элементах 20, которые формируют электродный многослойный материал 10, и разрядку для того, чтобы регулировать емкость элементов 20.

[0029] Фиг.2 изображает принципиальную схему системы управления для биполярной аккумуляторной батареи 1, связанной с вариантом осуществления настоящего изобретения. Как изображено на фиг.2, система управления биполярной аккумуляторной батареей 1 содержит биполярную аккумуляторную батарею 1 и устройство 100 управления аккумуляторной батареей.

[0030] Устройство 100 управления аккумуляторной батареей содержит главный контроллер 110 и множество контроллеров 120 элементов, которые предоставляются в соответствии с элементами 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1.

[0031] Каждый из контроллеров 120 элементов имеет датчик определения напряжения и схему регулирования емкости, содержащую регулирующий резистор и переключающий элемент. Кроме того, каждый из контроллеров 120 элементов соединяется с разрядным контактным выводом 30, который выходит за пределы биполярной аккумуляторной батареи 1. Как результат, определение напряжения элементов 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, и разрядка, чтобы регулировать емкость, обеспечиваются через разрядный контактный вывод 30. Биполярная аккумуляторная батарея 1 обычно соединяется с различными электрическими нагрузками (не изображены на чертежах), генераторами (не изображены на чертежах) и т.п.

[0032] Главный контроллер 110 получает такую информацию, как напряжение элементов 20, зарядный/разрядный ток биполярной аккумуляторной батареи 1, температура биполярной аккумуляторной батареи 1 и т.п., определенную посредством контроллеров 120 элементов. Зарядный/разрядный ток биполярной аккумуляторной батареи 1 может измеряться, например, с помощью датчика тока (не изображен на чертежах) для измерения зарядного/разрядного тока биполярной аккумуляторной батареи 1. Кроме того, температура биполярной аккумуляторной батареи 1 может измеряться с помощью температурного датчика (не изображен на чертежах) для измерения температуры биполярной аккумуляторной батареи 1. Кроме того, главный контроллер 110 определяет условия для разрядки для того, чтобы регулировать емкость, чтобы регулировать разброс напряжения элементов 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, на основе вышеуказанной информации и управляет контроллерами 120 элементов таким образом, что разрядка для регулирования емкости выполняется для элементов 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1.

[0033] Затем поясняются характеристики аккумуляторной батареи, когда разрядка для регулирования емкости выполняется для элементов 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1.

[0034] Прежде всего, пояснение приводится для случая, в котором разрядка выполнена только для элемента 20b, который является вторым элементом с начала (вторым в направлении по оси Х) из трех элементов 20a, 20b и 20c, посредством предоставления разрядного резистора между разрядными контактными выводами 30b и 30c в биполярной аккумуляторной батарее 1, которая имеет три элемента 20a, 20b и 20c, изображенных на фиг.3. Биполярная аккумуляторная батарея 1, изображенная на фиг.3, имеет конфигурацию, аналогичную фиг.1. На фиг.3, элементы 20 указываются в качестве элементов 20a, 20b и 20c, и разрядные контактные выводы 30 указываются в качестве разрядных контактных выводов 30a, 30b, 30c и 30d. Фиг.4 изображает результаты для случая, когда разрядка выполняется только для элемента 20b из трех элементов 20a, 20b и 20c. Фиг.4 является графиком, который изображает распределение напряжения элемента (элемента 20b), который разряжен в предварительно определенное время до начала разрядки и после начала разрядки. Фиг.4 изображает распределение напряжения элемента 20b для каждого расстояния от разрядных контактных выводов 30b и 30c, которые являются контактными выводами для разрядки для того, чтобы регулировать емкость.

[0035] Как изображено на фиг.4, напряжение элемента 20b является постоянным до начала разрядки независимо от расстояния от разрядных контактных выводов 30b и 30c, которые являются контактными выводами для разрядки для того, чтобы регулировать емкость. С другой стороны, когда начинается разрядка, в результате получается снижение напряжения в окрестности разрядных контактных выводов 30b и 30c, в которые протекает разрядный ток, при этом снижение напряжения практически никогда не возникает в секции, удаленной от разрядных контактных выводов 30b и 30c (например, в секции, выполненной на противоположной стороне от направления выступания разрядных контактных выводов 30b и 30c на фиг.3). А именно, в результате получается формирование градиента напряжения в элементе 20b. Формирование упомянутого градиента напряжения в варианте осуществления настоящего изобретения является результатом использования материала с низкой электронной проводимостью в направлении в плоскости (направлении в плоскости X-Y) для материала, который формирует коллектор 131, чтобы предотвращать концентрацию тока в области возникновения короткого замыкания, когда возникает короткое замыкание в направлении наслаивания. Как описано выше, в элементе 20b, для которого выполняется разрядка, в результате получается формирование градиента напряжения в элементе 20b.

[0036] С другой стороны, фиг.5 изображает изменения напряжения на контактных выводах (напряжения на контактных выводах элементов 20b, 20a и 20c, определенного с использованием разрядных контактных выводов 30a-30d) элемента 20b, который является элементом, который разряжен, и элементов 20a и 20c, которые являются элементами, которые не разряжены до и после начала разрядки. Как изображено на фиг.5, когда разрядка выполняется только для элемента 20b, в результате получается режим работы, в котором напряжение снижается в окрестности разрядных контактных выводов 30b и 30c в элементе 20b, который является элементом, который разряжен, при этом напряжение увеличивается в окрестности разрядных контактных выводов 30a и 30b и в окрестности разрядных контактных выводов 30c и 30d в элементах 20a и 20c, которые являются элементами, которые не разряжены. А именно, режим работы, в котором снижение напряжения в элементе 20b компенсируется посредством разрядки элемента 20b, демонстрируется в элементах 20a и 20c, которые не разряжены.

[0037] Кроме того, результаты моделирования в случае, если разрядка выполняется через разрядные контактные выводы 30 для семи элементов 20 (всех элементов за исключением элемента, выполненного в четвертом слое в направлении наслаивания) из восьми элементов 20 в биполярной аккумуляторной батарее 1, содержащем восемь элементов 20, изображены на фиг 6 и фиг.7. Эти результаты варьируются относительно вышеописанного случая. Фиг.6 является графиком, изображающим изменения напряжения в элементах 20 на стороне разрядного контактного вывода для разрядного контактного вывода 30, и фиг.7 является графиком, изображающим изменения напряжения в элементах 20 на противоположной стороне от разрядного контактного вывода 30. Кроме того, начальное напряжение (напряжение перед разрядкой) элемента 20, который не разряжен, составляет Va на фиг.6 и 7.

[0038] Как изображено на фиг.6, результаты на стороне разрядного контактного вывода 30 указывают, что напряжение снижается с течением времени в элементах, которые разряжены, при этом напряжение увеличивается в элементе, который не разряжен, чтобы компенсировать снижение напряжения в элементах, которые разряжены. В примере, изображенном на фиг.6, разрядка выполняется для семи элементов 20. Увеличение напряжения элемента, который не разряжен в этом случае, составляет приблизительно 100 мВ и указывает такой результат, что значение увеличения напряжения в элементе, который не разряжен, больше по сравнению с тем, когда разрядка выполнена в одном элементе в вышеуказанном биполярной аккумуляторной батареи, который имеет три элемента. А именно, существует тенденция для увеличения напряжения элемента, который не разряжен, так что оно становится больше, когда число разряженных элементов и значения полного тока разрядки становится большим. С другой стороны, противоположная сторона от разрядного контактного вывода 30 указывает такой результат, что увеличение напряжения не наблюдается в элементе, который не разряжен, как изображено на фиг.7.

[0039] Как описано выше, в биполярной аккумуляторной батарее 1, когда разрядка для того, чтобы регулировать емкость, выполняется через разрядные контактные выводы 30 на одном участке элементов из элементов 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, разброс напряжения создается в элементах, когда выполнена разрядка для того, чтобы регулировать емкость. Как следствие, формируется увеличение напряжения в элементе, который не разряжен, чтобы компенсировать разброс напряжения. Как результат, возникают случаи, в которых в биполярной аккумуляторной батарее создаются секции, которые превышают предварительно определенное верхнее предельное напряжение.

[0040] Напротив, устройство 100 управления аккумуляторной батареей в варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на фиг.2, выполняет разрядку для того, чтобы регулировать емкость в биполярной аккумуляторной батарее 1, с учетом упомянутого увеличения напряжения элемента, который не разряжен при разрядке для того, чтобы регулировать емкость. Ниже поясняется разрядка для того, чтобы регулировать емкость в биполярной аккумуляторной батарее 1, посредством использования устройства 100 управления аккумуляторной батареей в варианте осуществления настоящего изобретения согласно блок-схеме последовательности операций способа, изображенной на фиг.8. Фиг.8 является блок-схемой последовательности операций способа, изображающей процесс для разрядки для того, чтобы регулировать емкость в биполярной аккумуляторной батарее 1, с использованием устройства 100 управления аккумуляторной батареей в варианте осуществления настоящего изобретения.

[0041] Прежде всего, на этапе S1, детектирование напряжения в элементах 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, выполняется с помощью главного контроллера 110 устройства 100 управления аккумуляторной батареей, изображенной на фиг.2. Детектирование напряжения элементов 20 выполняется посредством получения посредством главного контроллера 110 напряжений, измеряемых посредством контроллеров 120 элементов через разрядные контактные выводы 30, из контроллеров 120 элементов.

[0042] Затем, на этапе S2 вычисление распределения напряжения элементов 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, выполняется с помощью главного контроллера 110 на основе напряжений элементов 20, определенных на этапе S1, и вычисление разброса напряжения элементов 20 выполняется из вычисленного распределения напряжения элементов 20. Кроме того, главный контроллер 110 выполняет определение в отношении того, выше или нет вычисленный разброс напряжения предварительно определенного значения α₁, и если разброс напряжения выше предварительно определенного значения α₁, осуществляется переход к этапу S3. С другой стороны, если разброс напряжения ниже предварительно определенного значения α₁, процесс возвращается к этапу S1, повторяются определение напряжения элементов 20 и определение в отношении того, выше или нет вычисленный разброс напряжения предварительно определенного значения α₁.

[0043] Когда на этапе S2 выполняется определение в отношении того, что разброс напряжения выше предварительно определенного значения α₁, осуществляется переход к этапу S3, и главный контроллер 110 устанавливает условия для разрядки для регулирования емкости в элементах 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1. А именно, главный контроллер 110 получает значение I_all полного тока разрядки для разрядки для регулирования емкости, на основе напряжения элемента с наименьшим напряжением (в дальнейшем называемого "элементом с наименьшим напряжением") из элементов 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, и распределения напряжения элементов 20, и вычисляет число элементов, предназначенных для разрядки для того, чтобы регулировать емкость (в дальнейшем называемое "целевым числом элементов для разрядки"), и значение I_cell тока разрядки для регулирования емкости каждого элемента для разрядки для того, чтобы регулировать емкость.

[0044] Как описано выше, если разрядка для регулирования емкости выполняется для элементов 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, увеличивается напряжение элемента, который не разряжен. Следовательно, в варианте осуществления настоящего изобретения, вычисляется значение увеличения напряжения элементов, которые не разряжены, и на основе вычисленного значения увеличения напряжения вычисляются значение I_all полного тока разрядки, целевое число элементов для разрядки и значение I_cell тока разрядки для регулирования емкости. В частности, в варианте осуществления настоящего изобретения, используется элемент с наименьшим напряжением для вычисления значения увеличения напряжения, вычисляется значение увеличения напряжения элемента с наименьшим напряжением в момент, когда разрядка для регулирования емкости, выполняется в элементах 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, получается значение I_all полного тока разрядки, которое является значением, при котором вычисленное значение увеличения напряжения элемента с наименьшим напряжением не достигает предварительно определенного верхнего предельного напряжения, и на основе этого значения I_all полного тока разрядки задаются целевое число элементов для разрядки и значение I_cell тока разрядки для регулирования емкости. А именно, условия для разрядки для того, чтобы регулировать емкость, задаются таким образом, что значение увеличения напряжения элемента с наименьшим напряжением в качестве элемента, который не разряжен, представляет собой значение, которое не достигает предварительно определенного верхнего предельного напряжения. В этой связи, чтобы получать упомянутое значение увеличения напряжения, можно использовать, например, способ сохранения таблицы, указывающей взаимосвязи между значением I_all полного тока разрядки и значениями увеличения напряжения элементов, которые не разряжены заранее, и выполнения вычисления посредством использования этой таблицы.

[0045] Задание целевого числа элементов для разрядки и значения I_cell тока разрядки для регулирования емкости также может быть выполнено на основе распределения напряжения элементов 20. Например, может быть предусмотрена такая структура, что если число элементов с высоким напряжением является относительно небольшим, целевое число элементов для разрядки задается равным относительно небольшому числу, а значение I_cell тока разрядки для регулирования емкости - равным относительно высокому значению, или если число элементов с высоким напряжением является относительно большим, целевое число элементов для разрядки задается равным относительно большому числу, а значение I_cell тока разрядки для регулирования емкости - равным относительно низкому значению.

[0046] На этапе S4 процесс, чтобы начинать разрядку для регулирования емкости, выполняется посредством главного контроллера 110 на основе целевого числа элементов для разрядки и значения I_cell тока разрядки для регулирования емкости, которые вычислены на этапе S3. В частности, главный контроллер 110 определяет элементы для разрядки для регулирования емкости, из элементов 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, на основе целевого числа элементов для разрядки, которое вычислено на этапе S3, и разброса напряжения элементов 20, который вычислен на этапе S2. В этой связи, в качестве способа для определения элементов для разрядки для регулирования емкости, например, может быть использован способ задания в порядке от элемента с высоким напряжением. Кроме того, разрядка для регулирования емкости начинается посредством главного контроллера 110 посредством передачи команды разрядки и информации относительно значения I_cell тока разрядки для регулирования емкости в контроллеры 120 элементов, соответствующие элементам для разрядки для регулирования емкости.

[0047] Затем, на этапе S5 детектирование напряжений элементов 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, выполняется посредством главного контроллера 110 таким же образом, как на вышеуказанном этапе S1.

[0048] Затем, на этапе S6 главный контроллер 110 выполняет вычисление для разброса напряжения элементов 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, на основе элементов 20, определенных на этапе S5, и вычисление для разброса напряжения элементов 20 на основе вычисленного распределения напряжения элементов 20. Кроме того, главный контроллер 110 выполняет определение в отношении того, ниже или нет вычисленный разброс напряжения предварительно определенного значения α₂, и если разброс напряжения ниже предварительно определенного значения α₂, осуществляется переход к этапу S7. С другой стороны, если разброс напряжения выше предварительно определенного значения α₂, выполняется возврат к этапу S5, и разрядка для того, чтобы регулировать емкость, продолжается до тех пор, пока разброс напряжения не достигает значения ниже предварительно определенного значения α₂. В этой связи, предварительно определенное значение α₂ не ограничено конкретным фиксированным значением. Наоборот, оно задается равным значению, допускающему определение в отношении того, что разброс напряжения элементов 20 является достаточно низким. Обычно, оно задается равным значению, меньшему предварительно определенного значения α₁.

[0049] Если на этапе S6 выполняется определение в отношении того, что разброс напряжения ниже предварительно определенного значения α₂, осуществляется переход к этапу S7. На этапе S7 может быть выполнено определение в отношении того, что разброс напряжения ниже предварительно определенного значения α₂, и разброс напряжения элементов 20 снижен в достаточной степени. Следовательно, процесс, чтобы прекращать разрядку для регулирования емкости, выполняется посредством главного контроллера 110. В частности, главный контроллер 110 выполняет процесс прекращения разрядки для регулирования емкости, посредством передачи команды, чтобы прекращать разрядку, в контроллеры 120 элементов.

[0050] В вариантах осуществления настоящего изобретения, условия для разрядки для регулирования емкости в элементах 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, задаются с учетом формирования градиента напряжения в элементах, которые разряжены, который вызывается посредством электронной передачи в направлении в плоскости коллекторов 131 и увеличения напряжения элементов, которые не разряжены при разрядке для регулирования емкости в элементах 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1. В частности, в вариантах осуществления настоящего изобретения, при разрядке для регулирования емкости в элементах 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, вычисляется значение увеличения напряжения элементов, которые не разряжены, получается значение I_all полного тока разрядки для разрядки для регулирования емкости таким образом, что упомянутое значение увеличения напряжения не превышает предварительно определенное верхнее предельное напряжение, и на основе полученного значения I_all полного тока разрядки задаются целевое число элементов для разрядки и значение I_cell тока разрядки для регулирования емкости. Следовательно, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, можно предотвращать превышение напряжением предварительно определенного верхнего предельного напряжения во всех элементах 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1, и как результат, может предотвращаться ухудшение параметров биполярной аккумуляторной батареи 1. В частности, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, может повышаться скорость для регулирования разброса напряжения, вызываемого посредством разрядки для регулирования емкости, когда вероятность того, что элементы, которые не разряжены, превышают предварительно определенный верхний предел, является низкой посредством вычисления значения увеличения напряжения элементов, которые не разряжены. Следовательно, разброс напряжения в биполярной аккумуляторной батарее 1 может учитываться на ранней стадии, одновременно предотвращая ухудшение параметров биполярной аккумуляторной батареи 1.

[0051] Помимо этого, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, целевое число элементов для разрядки задается таким образом, что значение увеличения напряжения элементов, которые не разряжены, не превышает предварительно определенное верхнее предельное напряжение при разрядке для регулирования емкости. Следовательно, разрядка для регулирования емкости, может быть выполнена в соответствии с числом элементов с высоким напряжением, когда число элементов с высоким напряжением является относительно небольшим. Как результат, разброс напряжения биполярной аккумуляторной батареи 1 может быть разрешен на ранней стадии. Кроме того, значение I_cell тока разрядки для регулирования емкости задается таким образом, что значение увеличения напряжения элементов, которые не разряжены, не превышает предварительно определенное верхнее предельное напряжение при разрядке для регулирования емкости. Следовательно, разрядка для регулирования емкости, может быть выполнена для сравнительно большого числа элементов, одновременно предотвращая ухудшение параметров биполярной аккумуляторной батареи 1.

[0052] Варианты осуществления настоящего изобретения поясняются выше. Тем не менее, эти варианты осуществления предоставлены для того, чтобы упрощать понимание настоящего изобретения, а не для того, чтобы ограничивать настоящее изобретение. Следовательно, элементы, раскрытые в вышеуказанных вариантах осуществления, включают в себя все конструктивные модификации и эквивалентные элементы, принадлежащие объему настоящего изобретения.

[0053] В вышеуказанных вариантах осуществления, в качестве примера показана конфигурация, которая выполняет определение в отношении того, выполнять или нет разрядку для регулирования емкости, устанавливает условия для разрядки для регулирования емкости и выполняет определение в отношении того, прекращать или нет разрядку для регулирования емкости, на основе разброса напряжения элементов 20, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею 1. Тем не менее, устройство может быть выполнено с возможностью получать разброс емкости и разброс SOC элементов 20, принимать решение относительно того, выполнять или нет разрядку для регулирования емкости, устанавливать условия для разрядки для регулирования емкости и выполнять определение в отношении того, прекращать или нет разрядку для регулирования емкости, на основе разброса емкости и разброса SOC.

Описания ссылок с номерами

[0054]

1 - биполярная аккумуляторная батарея

10 - электродный многослойный материал

13 - биполярный электрод

131 - коллектор

132 - слой активного материала положительного электрода

133 - слой активного материала отрицательного электрода

14 - разделитель

20, 20a, 20b, 20c - элементы

30, 30a, 30b, 30c, 30d - разрядные контактные выводы

100 - устройство управления аккумуляторной батареей

110 - контроллер

120 - контроллер элемента

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам управления аккумуляторными батареями. Технический результат - улучшение параметров батареи путем регулирования емкости элементов батареи.

Заявлено устройство управления аккумуляторной батареей, которое отличается использованием разрядки для регулирования емкости элементов, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею, и вычислением значения увеличения напряжения оставшихся элементов, которые не разряжены для регулирования емкости, если один или более элементов из всех элементов, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею, разряжаются для регулирования емкости в устройстве управления аккумуляторной батареей, которое управляет разбросом напряжения или разбросом емкости между элементами, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею, и установкой общего значения разрядки, когда предусмотрена разрядка для регулирования емкости, на основе результата вычисления значения увеличения напряжения. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство управления аккумуляторной батареей для регулирования разброса напряжения или разброса емкости между элементами, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею, посредством разрядки для регулирования емкости элементов, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею, причем биполярная аккумуляторная батарея содержит множество элементов, сформированных между смежными парами коллекторов, при этом каждый из элементов содержит множество биполярных электродов, соединенных последовательно со слоями электролита между ними, и каждый из биполярных электродов содержит коллектор, имеющий слой активного материала положительного полюса, сформированный на одной поверхности, и слой активного материала отрицательного полюса, сформированный на другой поверхности, причем устройство управления аккумуляторной батареей отличается тем, что:
- когда разрядка для регулирования емкости выполнена для одного или более элементов из всех элементов, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею, вычисляется значение увеличения напряжения оставшихся элементов, которые не разряжены, и на основе результата вычисления значения увеличения напряжения определяется общее значение тока разрядки для разрядки для регулирования емкости.

2. Устройство управления аккумуляторной батареей по п.1, причем устройство управления аккумуляторной батареей отличается тем, что:
- число элементов, которые должны быть разряжены для регулирования емкости, из всех элементов, которые формируют биполярную аккумуляторную батарею, определено на основе результата вычисления значения увеличения напряжения.

3. Устройство управления аккумуляторной батареей по п.1 или 2, причем устройство управления аккумуляторной батареей отличается тем, что:
- значение тока разрядки элементов, которые должны быть разряжены для регулирования емкости, определено на основе результата вычисления значения увеличения напряжения.