电池系统的制造方法与工艺

本发明涉及基于镍金属氢化物电池中的负电极储备容量限制镍金属氢化物电池的输入和输出的电池系统。

背景技术：
在公开号为2011-010465的日本专利申请(JP2011-010465A)中，电池劣化程度基于电池过去的温度历史分布以及与电池温度相对抗的电池工作负荷实际增长率。在此，通过在必要时限制电池的输出来延长电池的使用寿命。在JP2011-010465A中，通过检测一个驱动周期内的电池温度来建立电池的温度历史分布。在此，电池的劣化不仅受车辆行驶时的电池温度的影响，而且还受车辆被放置时的电池温度的影响。特别地，当车辆被放置时的电池温度升高时，电池更容易劣化。如果仅基于车辆行驶时的电池温度来确定电池的劣化，则电池的实际劣化程度会变得高于所确定的电池劣化程度，因此不可能将电池的使用寿命延长到目标值。

技术实现要素：
本发明的第一方面涉及一种控制镍金属氢化物电池的充电和放电操作的电池系统。所述电池系统包括温度传感器和控制器。所述温度传感器被配置为检测所述镍金属氢化物电池的温度并将所检测到的温度输出到所述控制器。所述控制器被配置为在所述镍金属氢化物电池的负电极储备容量小于目标值时限制所述镍金属氢化物电池的所述充电和放电操作。所述控制器被配置为使用所述温度传感器获取所述镍金属氢化物电池正被充电或放电时的所述镍金属氢化物电池的温度、以及所述镍金属氢化物电池并非正被充电或放电时的所述镍金属氢化物电池的温度。所述控制器被配置为，使用所述镍金属氢化物电池的温度与所述负电极储备容量之间的对应关系计算与所获取的温度(所述镍金属氢化物电池正被充电或放电时的温度和所述镍金属氢化物电池并非正被充电或放电时的温度)对应的所述负电极储备容量。如果获取了镍金属氢化物电池的负电极储备容量，则可以获取镍金属氢化物电池的劣化状态。也就是说，负电极储备容量具有与镍金属氢化物电池的放电容量的相互关系，并且，如果镍金属氢化物电池的放电容量因为镍金属氢化物电池的劣化而降低，则负电极储备容量减少。因此，当负电极储备容量变得低于目标值时，可以通过限制镍金属氢化物电池的充电和放电操作来抑制镍金属氢化物电池继续劣化。此外，可以允许负电极储备容量沿着目标值变化。负电极储备容量依赖于镍金属氢化物电池的温度，因此，如果预先获得负电极储备容量与温度之间的对应关系，则可以计算与镍金属氢化物电池的温度对应的负电极储备容量。此处，在本发明中，负电极储备容量是在不仅考虑了镍金属氢化物电池正被充电或放电时的镍金属氢化物电池的温度，而且还考虑了镍金属氢化物电池并非正被充电或放电时的镍金属氢化物电池的温度的情况下计算(或推定)出的。因此，与其中仅基于镍金属氢化物电池正被充电或放电时的镍金属氢化物电池的温度计算(推定)负电极储备容量的情况相比，可以提高推定负电极储备容量的精确度。所述负电极储备容量可通过将所述负电极储备容量的增加量与所述负电极储备容量的减少量相加来计算。负电极储备容量随着负电极的腐蚀而增加，因此，负电极的腐蚀可被规定为负电极储备容量的增加量。此外，负电极储备容量随着将氢气排放到镍金属氢化物电池的外部而减少，因此，氢气向镍金属氢化物电池外部的排放可被规定为负电极储备容量的减少量。负电极储备容量的增加量依赖于镍金属氢化物电池的温度，因此，如果预先获得了增加量与温度之间的对应关系，则可以确定与镍金属氢化物电池的温度对应的增加量。此外，负电极储备容量的减少量依赖于镍金属氢化物电池的温度，因此，如果预先获得了减少量与温度之间的对应关系，则可以确定与镍金属氢化物电池的温度对应的减少量。当确定增加量和减少量时，如上所述，不仅将镍金属氢化物电池正被充电或放电时的镍金属氢化物电池的温度考虑进去，而且还将镍金属氢化物电池并非正被充电或放电时的镍金属氢化物电池的温度考虑进去。与所述镍金属氢化物电池的所述充电和放电操作不受限制时计算所述负电极储备容量的时间间隔相比，所述镍金属氢化物电池的所述充电和放电操作受到限制时计算所述负电极储备容量的时间间隔可被缩短。当镍金属氢化物电池的充电和放电操作受到限制时，负电极储备容量小于目标值，因此，通过缩短计算负电极储备容量的时间间隔，获取负电极储备容量的变化以及负电极储备容量与目标值之间的相互关系变得容易。如果镍金属氢化物电池的充电和放电操作受到限制，则可以抑制由于通电导致的镍金属氢化物电池的温度升高，并且可以抑制负电极储备容量的减少。因此，可以与目标值相比增加负电极储备容量。在此，当所述负电极储备容量变为大于所述目标值时，可解除对所述充电和放电操作的限制。通过该配置，可以有效地对镍金属氢化物电池进行充电或放电。所述镍金属氢化物电池可被安装在车辆上。在这种情况下，例如，通过串联地电连接多个单电池(镍金属氢化物电池)形成电池组，并且所述电池组可被安装在所述车辆上。在此，如果从所述镍金属氢化物电池输出的电能被转换为动能，则可以使用该动能推动所述车辆。在所述镍金属氢化物电池被安装在所述车辆上的配置中，所述控制器可被配置为，基于所述车辆的使用状态，选择限定所述镍金属氢化物电池的使用寿命的行驶距离与经过时间中的一者。具体而言，在使车辆频繁行驶的使用状态下，镍金属氢化物电池的使用寿命倾向于依赖于行驶距离，因此可选择行驶距离。此外，在不使车辆频繁行驶的使用状态下，镍金属氢化物电池的使用寿命倾向于依赖于经过时间，因此可选择经过时间。所述目标值可被设定为使得：在选择所述行驶距离的情况下，直到所述行驶距离达到目标行驶距离时，所述负电极储备容量才达到与所述镍金属氢化物电池的所述使用寿命对应的负电极储备容量。例如，基于行驶距离的目标值可被设定为使得：当行驶距离已经达到目标行驶距离时，负电极储备容量达到与使用寿命对应的负电极储备容量。更具体地说，随着行驶距离延长，可以使目标值(负电极储备容量)朝着与使用寿命对应的负电极储备容量减小。在此，如果负电极储备容量沿着目标值变化，则可以继续使用镍金属氢化物电池，直到达到目标行驶距离。所述目标值可被设定为使得：在选择所述经过时间的情况下，直到所述经过时间达到目标经过时间时，所述负电极储备容量才达到与所述镍金属氢化物电池的所述使用寿命对应的负电极储备容量。例如，基于经过时间的目标值可被设定为使得：当经过时间已经达到目标经过时间时，负电极储备容量达到与使用寿命对应的负电极储备容量。更具体地说，随着经过时间延长，可以使目标值(负电极储备容量)朝着与使用寿命对应的负电极储备容量减小。在此，如果负电极储备容量沿着目标值变化，则可以继续使用镍金属氢化物电池，直到达到目标经过时间。每当所述车辆的所述行驶距离和所述经过时间中的一者达到对应阈值时，所述负电极储备容量可与所述目标值进行比较。在此，针对行驶距离和经过时间中的每一者设定阈值。因此，可以基于行驶距离或经过时间的变化获取负电极储备容量与目标值之间的相互关系。附图说明下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义，在附图中，相同的参考标号表示相同的要素，并且其中：图1是示出电池系统的配置的视图；图2是示出基于负电极储备容量限制电池组的输入和输出的处理的流程图；图3是示出判定负电极储备容量被确定的时机(timing)的处理的流程图；图4是示出推定负电极储备容量的处理的流程图；图5是示出由于负电极腐蚀而导致的负电极储备容量增加量与电池组温度之间的相互关系的图；图6是示出由于氢气渗透通过电池外壳而导致的负电极储备容量减少量与电池组温度之间的相互关系的图；图7是示出负电极储备容量的增加量和减少量与负电极储备容量之间的相互关系的图；图8是示出计算负电极储备容量的目标值的处理的流程图；图9是示出相互不同的行驶模式下的行驶距离与经过时间之间的相互关系的图；图10是示出当行驶模式更改时，行驶距离与经过时间之间的相互关系的图；图11是示出相对于总行驶距离的负电极储备容量目标值的图；图12是示出相对于总经过时间的负电极储备容量目标值的图；以及图13是示出负电极储备容量(推定值)的变化和负电极储备容量(目标值)的变化的图。具体实施方式图1是示出根据实施例的电池系统的配置的视图。图1所示的电池系统被安装在车辆上。该车辆可以是混合动力车辆或电动车辆。作为用于推动车辆的动力源，除了电池组(在下面描述)之外，混合动力车辆还包括另一动力源，例如引擎和燃料电池。电动车辆仅包括电池组(在下面描述)作为用于推动车辆的动力源。电池组10包括多个串联地电连接的单电池11。每个单电池11可以是镍金属氢化物电池。单电池11的数量可基于电池组10的所需输出等根据需要设定。在本实施例中，构成电池组10的所有单电池11彼此串联连接；替代地，电池组10可以包括多个彼此并联地电连接的单电池11。每个单电池11可通过在电池外壳中包含执行充电和放电操作的发电元件形成。此外，电池外壳中可包含多个发电元件。在该外壳中，所述多个发电元件可在电池外壳内彼此串联地电连接。电池外壳可例如由树脂形成。每个发电元件包括正电极板、负电极板和被设置在正电极板与负电极板之间的隔板。正电极板具有集电体和在集电体的表面上形成的正电极活性材料层。负电极具有集电体和在集电体的表面上形成的负电极活性材料层。在此，正电极活性材料层、负电极活性材料层和隔板包含电解液。正电极活性材料层包括诸如氢氧化镍的正电极活性材料，负电极活性材料层包括用作负电极活性材料的储氢合金。监视单元21检测电池组10的端子电压，并将检测结果输出到控制器30。在此，监视单元21能够检测单电池11中的每一个的端子电压。此外，如上所述，当多个发电元件被包含在电池外壳中时，监视单元21能够检测所述多个发电元件的端子电压。电流传感器22检测流过电池组10的电流，并将检测结果输出到控制器30。在此，当电池组10正被放电时，可将正值用作电流传感器22检测到的电流值。当电池组10正被充电时，可将负值用作电流传感器22检测到的电流值。在本实施例中，电流传感器22被设置在与电池组10的正电极端子相连的正电极线PL中；然而，电流传感器22只需能够检测流过电池组10的电流值，可根据需要设定电流传感器22的设置位置。或者，可使用多个电流传感器22。温度传感器23检测电池组10(单电池11)的温度，并将检测结果输出到控制器30。控制器30包括存储器31。存储器31存储在控制器30执行预定处理(例如，在本实施例中描述的处理)时使用的各种信息。控制器30具有计时器32。计时器32被用于测量时间段。在本实施例中，存储器31和计时器32被包含在控制器30中；替代地，存储器31和计时器32中的至少一者可被设置在控制器30的外部。行驶距离计33测量从车辆开始被使用到当前时间为止的行驶距离，并将测量结果输出到控制器30。系统主继电器SMR-B被设置在正电极线PL中。当接收到来自控制器30的控制信号时，系统主继电器SMR-B在接通状态与关断状态之间切换。系统主继电器SMR-G被设置在与电池组10的负电极端子相连的负电极线NL中。当接收到来自控制器30的控制信号时，系统主继电器SMR-G在接通状态与关断状态之间切换。系统主继电器SMR-P和限流电阻器R被电连接到系统主继电器SMR-G。系统主继电器SMR-P和限流电阻器R彼此串联地电连接。当接收到来自控制器30的控制信号时，系统主继电器SMR-P在接通状态与关断状态之间切换。限流电阻器R被用于抑制在电池组10被连接到负载(具体地，逆变器24(在下面描述))时突入电流的流动。电池组10经由正电极线PL和负电极线NL被连接到逆变器24。当电池组10被连接到逆变器24时，控制器30初始将系统主继电器SMR-B从关断状态切换到接通状态，并将系统主继电器SMR-P从关断状态切换到接通状态。这样，可通过使电流流过限流电阻器R来抑制突入电流的流动。接下来，控制器将系统主继电器SMR-G从关断状态切换到接通状态，然后将系统主继电器SMR-P从接通状态切换到关断状态。这样，完成电池组10与逆变器24的连接，并且图1所示的电池系统进入激活(activated)状态(就绪-接通(ready-on)状态)。有关车辆点火开关的接通/关断的信息被输入到控制器30。当点火开关从关断状态被切换到接通状态时，控制器30启动图1所示的电池系统。另一方面，当点火开关从接通状态被切换到关断状态时，控制器30将系统主继电器SMR-B、SMR-G从接通状态切换到关断状态。这样，电池组10与逆变器24的连接被中断，并且电池系统进入停止状态(就绪-关断(ready-off)状态)。逆变器24将从电池组10输出的直流电力转换为交流电力，并将该交流电力输出到电动发电机25。当接收到从逆变器24输出的交流电力时，电动发电机25产生...