特許 6371415 劣化状態パラメータの信頼性を判定する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6371415

(24)【登録日】2018年7月20日

(45)【発行日】2018年8月8日

(54)【発明の名称】劣化状態パラメータの信頼性を判定する方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/36 20060101AFI20180730BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20180730BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/36 A

   H01M10/48 P

   H01M10/48 301

【請求項の数】15

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-569854(P2016-569854)

(86)(22)【出願日】2014年5月28日

(65)【公表番号】特表2017-523395(P2017-523395A)

(43)【公表日】2017年8月17日

(86)【国際出願番号】EP2014001427

(87)【国際公開番号】WO2015180743

(87)【国際公開日】20151203

【審査請求日】2017年5月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】512272672

【氏名又は名称】ボルボトラックコーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100087505

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 春之

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100114591

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 英文

(72)【発明者】

【氏名】ブリンゲルソン，ハンナ

(72)【発明者】

【氏名】レグネダール，ニッケル

【審査官】 櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０６６２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４９７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２４７９８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／０９００２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２９３１３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００２２８１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／１６９０６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１８４２３６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０３１２５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３１／３２−３１／３６

Ｈ０１Ｍ １０／４２−１０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のバッテリセルを備えたバッテリの信頼できる劣化状態が演算できるかを判定する方法であって、
受信した測定電圧値及び測定電流値の少なくとも一方によって前記バッテリの演算充電状態値を演算するステップと、
前記受信した測定電圧値及び測定電流値の少なくとも一方をパラメータとして、測定電圧及び測定電流のための少なくとも１つの所定のパラメータ基準と比較するステップと、
前記受信した測定電圧値及び測定電流値の少なくとも一方が前記少なくとも１つの所定のパラメータ基準を満たしていれば、演算されたバッテリの演算充電状態値は正確であると判定するステップと、
前記バッテリの測定温度値を受信するステップと、
バッテリセルの最高温度及び最低温度の偏差が所定の範囲内にあれば、前記測定温度値は正確であると判定するステップと、
前記バッテリの演算充電状態値をｘ、前記バッテリの測定電圧値をｙとしたとき、導関数ｄｙ／ｄｘの絶対値が所定の限界値を超えたとき測定されれば、前記測定電圧値は正確であると判定するステップと、
前記演算充電状態値、前記測定温度値及び前記測定電圧値が正確であると判定されれば、劣化状態を演算する前記パラメータは正確であると判定するステップと、
劣化状態を演算する前記パラメータが正確であると判定されれば、信頼できる劣化状態が演算できたと判定するステップと、
を備えた方法。

【請求項2】

前記導関数ｄｙ／ｄｘが前記所定の限界値を超えたとき、前記演算充電状態値が演算されれば、前記充電状態値は信頼できると判定するステップと、
前記バッテリセルの前記測定温度値の平均値が所定の温度範囲内にあれば、前記測定温度値は信頼できると判定するステップと、
前記バッテリセルの平均電圧値が所定の電圧範囲内にあれば、前記測定電圧値は信頼できると判定するステップと、
前記充電状態値、前記測定温度値及び前記測定電圧値が信頼できると判定されれば、前記バッテリの状態は劣化状態の信頼できる演算を提供すると判定するステップと、
を更に備えた、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記少なくとも１つの所定のパラメータ基準は、前回前記バッテリの充電又は放電が行われた後の所定期間に、前記パラメータを受信したことである、
請求項１又は請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記少なくとも１つの所定のパラメータ基準は、複数の前記パラメータが所定範囲内にあることである、
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の方法。

【請求項5】

前記所定範囲は、前記パラメータの平均値から測定される、
請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記パラメータは、前記バッテリセルの温度であり、複数の測定バッテリセル温度が受信される、
請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の方法。

【請求項7】

前記パラメータは、前記バッテリセルの電圧であり、複数の測定バッテリセル電圧が受信される、
請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の方法。

【請求項8】

前記少なくとも１つの所定のパラメータ基準は、前記各バッテリセルの測定セル温度が所定の上限電圧限度未満である、
請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記少なくとも１つの所定のパラメータ基準は、前記各バッテリセルの測定セル温度が所定の下限電圧限界より高い、
請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記パラメータを用いて各バッテリセルの充電状態値を演算するステップを更に備えた、
請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の方法。

【請求項11】

前記少なくとも１つの所定のパラメータ基準は、前記各バッテリセルの前記演算充電状態値が所定範囲内にあることである、
請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記少なくとも１つの所定のパラメータ基準は、前記バッテリセルの前記演算充電状態値の平均値からの偏差が所定範囲内にあることである、
請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

コントロールユニットを備え、複数のバッテリセルを備えたバッテリに接続可能なシステムであって、
前記コントロールユニットが、
受信した測定電圧値及び測定電流値の少なくとも一方によって前記バッテリの演算充電状態値を演算し、
前記受信した測定電圧値及び測定電流値の少なくとも一方をパラメータとして、測定電圧及び測定電流のための少なくとも１つの所定のパラメータ基準と比較し、
前記受信した測定電圧値及び測定電流値の少なくとも一方が前記少なくとも１つの所定のパラメータ基準を満たしていれば、演算されたバッテリの演算充電状態値は正確であると判定し、
前記バッテリの測定温度値を受信し、
バッテリセルの最高温度及び最低温度の偏差が所定の範囲内にあれば、前記測定温度値は正確であると判定し、
前記バッテリの演算充電状態値をｘ、前記バッテリの測定電圧値をｙとしたとき、導関数ｄｙ／ｄｘの絶対値が所定の限界値を超えたとき測定されれば、前記測定電圧値は正確であると判定し、
前記演算充電状態値、前記測定温度値及び前記測定電圧値が正確であると判定されれば、劣化状態を演算する前記パラメータは正確であると判定し、
劣化状態を演算する前記パラメータが正確であると判定されれば、信頼できる劣化状態が演算できたと判定する、
ように構成されたシステム。

【請求項14】

プログラムがコンピュータで実行されたとき、請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載のステップを実行するプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラム。

【請求項15】

プログラムがコンピュータで実行されたとき、請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載のステップを実行するプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラムを保持するコンピュータ読み取り可能な媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のバッテリセルを備えたバッテリの劣化状態（state of health）パラメータの信頼性を判定する方法に関する。本発明は、車両のバッテリ、特に、ハイブリッドバス又はハイブリッドトラックのバッテリの劣化状態パラメータの信頼性を判定するために適用できる。しかしながら、本発明は、主に、バスに関して説明するが、本発明はもちろん、乗用車、工業建設機械、ホイールローダなど、他のタイプの車両のバッテリにも適用できる。

【背景技術】

【0002】

車両のバッテリは、ますます増える市場からの要求に応えるように、例えば、より長持ちし、並びに、広範な技術分野で機能するために、絶え間なく発展している。特に、車両からのエミッションを低減する要望が常にあり、このため、車両の全体又は一部を推進するバッテリの使用を増やす要望がある。例えば、ハイブリッドバスは、多くの場合、低速でバスを推進するように構成された電動モータを有し、速度が速度限界閾値を超えたときに、内燃機関が始動して車両の推進を引き継ぐ。

【0003】

このため、バッテリは、外部の応用システム（application）に電気エネルギを供給するように配置されると共に、充電のためにエネルギを受けるように構成されている。より具体的には、バッテリは、エネルギを放電し又はエネルギで充電される、複数のバッテリセルを備えている。バッテリセルの充電は、例えば、車両が制動したときになされ、ジェネレータがバッテリセルに転送されるエネルギを吸収する。

【0004】

バッテリ分野における１つの重要な態様は、バッテリの現状（status）を十分に保持（keep track）することである。例えば、バッテリを新しいものに交換する時期を知るために、例えば、バッテリの利用を認識することは重要である。劣化状態（ＳＯＨ）は、多くの場合、新しい状態と劣化した状態とを比較するように、バッテリの劣化を判定するために使用される。

【0005】

ＵＳ８，２６９，５０２は、バッテリの劣化状態を判定する方法を説明している。ＵＳ８，２６９，５０２で説明される方法は、例えば、セル電流、温度又は充電状態に依存する、セルインピーダンス並びに１つ又は複数の信頼係数（confidence coefficients）を絶え間なく判定している。

【0006】

しかしながら、ＵＳ８，２６９，５０２は、主に、バッテリの単一セルに対する劣化状態の判定に関するものであり、従って、複数のバッテリセルを備えた完成品のバッテリの劣化状態を正確に判定するプロセスを更に改善する必要がある。

【0007】

ＵＳ２００６／０２８４６１７は、バッテリの状態パラメータを判定する装置に関する。特に、ＵＳ２００６／０２８４６１７は、バッテリの劣化状態に関する。電圧、電流及び温度の信号は、データが正確であることを保障するために較正される。

【0008】

ＥＰ２１４０３４６は、バッテリの少なくとも１つのアキュムレータ（accumulator）の抵抗のようなパラメータを判定する方法に関する。ＥＰ２１４０３４６は、標準偏差を使用することによる抵抗、及び、スチューデント係数（Student coefficient）の絶対的な不確かさを判定する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の目的は、劣化状態を計算するときに使用されるパラメータが信頼できるか、即ち、パラメータがバッテリの劣化状態のほぼ正確な演算が可能であるかを判定する方法を提供することである。この目的は、請求項１に係る方法によって、少なくとも一部が達成される。

【0010】

本発明の第１の態様によれば、複数のバッテリセルを備えたバッテリの劣化状態パラメータの信頼性を判定する方法が提供される。この方法は、劣化状態を演算するパラメータのために、バッテリの複数のパラメータを受信するステップと、パラメータを少なくとも１つの所定のパラメータ基準と比較するステップと、パラメータが少なくとも１つの所定のパラメータ基準を満たしていれば、パラメータが信頼できると判定するステップと、を備えている。

【0011】

用語「パラメータ」は、以下の全体説明を通して、バッテリの劣化状態を演算するときに使用され得るパラメータとして解釈されるべきである。バッテリの劣化状態は、特定のバッテリ応用システムに応じて少々異なって演算することができる。バッテリの劣化状態を演算する種々の方法は、当業者によく知られており、従って、以下の説明では、主に、バッテリの劣化状態を演算するために使用され得る異なるパラメータの説明に焦点を当て、特定の演算には焦点を当てない。

【0012】

また、本発明は、複数のセルを含む完成品のバッテリの劣化状態パラメータの信頼性を判定することに関するもので、バッテリの個々のセルに関するものではないことを容易に理解すべきである。バッテリは、例えば、２００セルなど、例えば、５０より多いバッテリセルを含むことができる。

【0013】

また、「所定のパラメータ基準」は、異なるタイプのパラメータとは異ならせることができる基準として理解されるべきである。例えば、温度パラメータの所定のパラメータ基準は、電圧パラメータの所定のパラメータ基準と比較して、当然異なっている。しかしながら、所定のパラメータ基準はまた、特定のパラメータと異ならせることもできる。例えば、以下で更に説明するように、１つの所定のパラメータ基準は、セル温度が一定の限界を超えないこととする一方、他の所定のパラメータ基準は、高温のバッテリセルと低温のバッテリセルの温度差が大きく異ならないこととすることができる。従って、温度パラメータには２つの基準がある。また、特定の基準は、ユーザによって個々に設定でき、従って、特定の応用システムに応じて異ならせることができる。

【0014】

劣化状態パラメータを測定する１つの方法は、カルマンフィルタ、別名線形二次評価（Linear Quadratic Estimation）を利用することである。このような方法は、バッテリのようなダイナミックシステムのパラメータを測定する当業者によく知られており、このため、さらに説明しない。

【0015】

本発明は、バッテリの劣化状態を演算するパラメータが信頼できるかどうかを判定することによる洞察に基づき、劣化状態の正確な演算をなすことができる。また、バッテリの劣化状態を演算するときに使用されるパラメータは、以下でさらに説明する複数の理由のために、バッテリの特定のコンディション又は状態では信頼できない。本発明は、これらのコンディション又は状態で測定されたパラメータが信頼できないとして選り分けられる解法を提供することを目的とする。

【0016】

本発明の利点は、劣化状態パラメータが信頼できないと判定されたとき、この信頼できない値に基づいて演算された劣化状態は、十分に正確でなく、従って、本発明による方法は、その結果がバッテリの劣化状態の信頼できる指標を提供していないため、演算を実行すべきでないと判定する。従って、本発明は、パラメータでバッテリの劣化状態を演算することに適しているかを判定する方法を提供する。そのようにするパラメータが信頼できるときのみにバッテリの劣化状態を演算することによって、バッテリの本当の状態のほぼ正確な演算がなされる。また、本発明では、上述したパラメータで演算した劣化状態からの結果が、バッテリのユーザにすでに利用されているものと比較して、バッテリの劣化状態のより信頼できかつ正確な推定（estimation）を提供できるかどうか判定することができる。これによって、すでに利用されているものより正確であり信頼できる結果を提供できるか判定し、バッテリの劣化状態を演算することができる。

【0017】

本発明では、例えば、バッテリを新しいものと交換する時期である、予測可能性（predictability）を増加させる。従って、バッテリのユーザは、バッテリの状態を認識し、例えば、バッテリをあまりにも早く又はあまりにも遅く交換することがない。他の利点は、ほぼ常時、バッテリの運用が電気容量を提供する最適化容量を制御できることである。これは、次に、燃料効率を増やし、従って、車両所有者の全運用コストを低減する。また、バッテリ劣化の検査／判定のサービス間隔もまた、そのような間隔の期間が延長又は短縮できるように、正確に演算された劣化状態に基づいて適合することができる。

【0018】

本発明の例示的な実施形態によれば、バッテリの演算充電状態値をｘ、バッテリの測定電圧値をｙとしたとき、導関数ｄｙ／ｄｘの絶対値が所定の限界値を超えていれば、少なくとも１つのパラメータ基準は、バッテリの複数のパラメータが測定されたこととすることができる。

【0019】

これによって、電圧−充電状態曲線の勾配が特定値未満であれば、劣化状態の演算を実行しないと判定する。導関数が０又は０に近いとき、特定電圧値が、バッテリの「正確な」充電状態値と比較して、高すぎる又は低すぎる充電状態値に相当するので、これは有利である。また、勾配が０に近ければ、バッテリ電圧が少し上昇又は低下すると、バッテリの充電状態値が少し増加／減少する。従って、バッテリの充電状態値は、演算充電状態値の精度が十分でなく、劣化状態の信頼できない演算を提供するため、バッテリの劣化状態を演算するとき、そのような値の使用を不適切にする。上述の導関数は、望ましくは、いわゆるオープンセル電圧曲線に適用可能である。

【0020】

当業者はどのようにバッテリの充電状態値を演算するかをよく知っていることを容易に理解すべきであり、従って、そのような演算の説明は本発明の説明から省略する。また、上述の導関数は、正値又は負値をとることができ、従って、測定値が劣化状態の演算で使用するのに信用できるかを判定するとき、そのような値の絶対値を解析することは重要である。例えば、オープンセル電圧値に対しては、導関数は、一般的に、常時正値をとる。

【0021】

本発明の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの所定のパラメータ基準は、複数のバッテリセルの平均温度が所定温度範囲内にあることである。

【0022】

複数のバッテリセルの平均温度があまりにも高すぎるか低すぎる場合、測定温度値がセルの真の特性を十分に表していないかもしれないため、バッテリの劣化状態を演算するのに適していないかもしれない。これによって、この方法は、バッテリの劣化状態の演算を実行するのに適していないと判定する。複数のバッテリセルの平均温度は、例えば、バッテリが充電又は放電された時点でセル温度の測定がなされた場合、「通常」よりも高いかもしれない。また、温度が特定範囲内にあると判定することが重要であるかもしれない。この範囲は、バッテリの劣化状態をモデル化するときのテスト温度範囲にほぼ相当する。このため、温度範囲は、望ましくは、温度差に起因する演算誤差が低減するように、テスト温度範囲とほぼ同じにすべきである。

【0023】

また、他の劣化状態パラメータは、あまりにも高温又は低温のバッテリに悪影響を与えるかもしれない。この悪影響は、パラメータを信頼できないものとするばかりでなく、バッテリ温度があまりにも高温／低温である場合、他の劣化状態パラメータが信頼できないとみなすことができる。バッテリ温度は、一般的に、バッテリの電流によって生み出される。従って、温度偏差は、バッテリを通って流れる電流の結果となり、このため、測定温度値は、十分に正確又は信頼できる値を提供しないかもしれない。また、以下で説明するように、温度測定は、望ましくは、十分に信頼できるものとすべく、バッテリが充電又は放電された後の所定期間になされるべきである。温度測定がバッテリの充電／放電後の所定期間の終わり前になされた場合、この測定温度値が真の限度（true limit）に「収束」していないかもしれず、このため、そのような測定温度値を正確／信頼できないものとしてしまう。

【0024】

本発明の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの所定のパラメータ基準は、前回バッテリの充電又は放電が行なわれた後の所定期間に、パラメータを受信したことである。

【0025】

これによって、バッテリは、演算が行なわれる前に十分「休む」ことができ、このため、演算された劣化状態を信頼できるものとする。バッテリの充電後又は放電後の短い期間は、異なるセルのパラメータのあまりにも大きい偏差を与え、従って、劣化状態の信頼できる演算を提供することができない。このため、バッテリは安定状態にない。また、パラメータが、例えば、温度であれば、パラメータを受信している期間中に、温度が上昇又は低下する傾向にあるとき、バッテリは安定状態にないと判定することができる。従って、バッテリの温度がパラメータを受信している期間中に上昇又は低下すれば、バッテリの充電又は放電は、測定からあまりにも近い時間に行なわれたと判定することができる。しかしながら、測定がバッテリの充電状態値に関する場合、以前の充電状態値の演算からの期間が所定の期間を超えるべきではない。上述したように、充電状態値は、導関数が「高（high）」であるときに演算されるべきである。このため、劣化状態の演算は、そのようなバッテリの充電状態値の演算後の特定期間内に行なわれるべきである。充電状態値の演算がなされてから、劣化状態の演算がかなり「長い」期間の後に行なわれると、充電状態値は十分信頼できないかもしれない。

【0026】

本発明の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの所定のパラメータ基準は、複数のパラメータが所定範囲内にあることとすることができる。

【0027】

これによって、測定値の広がり（spread）は、信頼できると判定するために、所定範囲内になければならない。バッテリは、多くの場合、高温及び／又は低温に敏感であり、このため、異なるバッテリセル間の温度での大きな広がりは、バッテリの劣化状態の十分に正確な演算を提供することができない。セル間の広がりは、バッテリの充電状態値、バッテリ電圧値、バッテリ温度値など、任意の種類のパラメータとすることができる。様々なパラメータについては、以下で詳細に説明する。

【0028】

例示的な実施形態によれば、所定範囲は、パラメータの平均値から決定することができる。

【0029】

これによれば、測定値が測定平均値からあまりにも逸脱していれば、劣化状態の演算を行うべきでないと判定することができる。

【0030】

本発明の例示的な実施形態によれば、パラメータは、バッテリのセル温度とすることができ、複数の測定温度値が受信される。

【0031】

バッテリは、多くの場合、上述したように、高温及び／又は低温に敏感である。例えば、異なるバッテリセル間の測定温度値に大きな広がりがあれば、バッテリの劣化状態の十分に正確な演算を提供することができない。バッテリの温度は、例えば、バッテリ電圧値など、バッテリの他のパラメータに影響を及ぼすことができるため、バッテリの劣化状態を演算するときに考慮すべき重要なパラメータでもある。

【0032】

本発明の例示的な実施形態によれば、パラメータは、バッテリのセル電圧値とすることができ、複数の測定電圧値が受信される。

【0033】

これによって、劣化状態を演算するときに重要となる更なるパラメータが、検討に用いられる。

【0034】

本発明の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの所定のパラメータ基準は、各バッテリセルの測定電圧値が所定の上限電圧限度未満であるとすることができる。

【0035】

本発明の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの所定のパラメータ基準は、各バッテリセルの測定電圧値が所定の下限電圧限度より高いとすることができる。

【0036】

測定電圧値が所定の上限電圧限度より高いか所定の下限電圧限度未満であれば、低電圧値又は高電圧値を有するセルは、何らかの理由で損傷しているかもしれない。これによって、そのような値に基づいてバッテリの劣化状態を演算することは、バッテリの「真の」劣化状態の信頼できる結果を提供することができない。また、測定電圧値は、測定電圧値の平均値からの偏差と比較され、その偏差があまりにもひどい場合、測定電圧値は信頼できない劣化状態を提供する指標であるとすることができる。

【0037】

また、セルの測定電圧値の差がセル間であまりにもひどい場合、即ち、最低セル電圧と最高セル電圧との間の範囲が所定の電圧幅範囲を超えている場合、バッテリの均衡を保たずにあまりにも長くバッテリを使用したり、使用せずにあまりにも長くバッテリを休ませたりなどすることによってもたらされる、バッテリシステムの不均衡があるかもしれない。しかしながら、バッテリシステムに不均衡があるかどうかを確認することは困難であり、このため、演算結果がバッテリの真の特性に相当することを知ることは困難であるため、劣化状態の演算からの結果は、十分に信頼できるとみなすことはできない。従って、劣化状態の演算を行う前に、バッテリセルは十分に均衡される必要がある。

【0038】

本発明の例示的な実施形態によれば、この方法は、パラメータを用いて各バッテリセルの充電状態値を演算するステップを更に備えることができる。

【0039】

これによって、パラメータは、バッテリの演算充電状態値を演算するために使用することができ、このため、この方法はその後、演算充電状態値が信頼できるかどうかを判定することができる。このため、さらなるパラメータは、バッテリの劣化状態の演算が行なわれるべきかどうかを判定することを提供する。

【0040】

本発明の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの所定のパラメータ基準は、各バッテリセルの演算充電状態値が所定範囲内にあるとすることができる。

【0041】

以下で説明するように何らかの理由により、バッテリの異なるセルの充電状態値が特定範囲外にあれば、バッテリの劣化状態の演算がバッテリの十分に正確な劣化状態を提供していない、即ち、信頼できない結果であることの指標であるかもしれない。異なるバッテリセルの充電状態値がほぼ同一の充電状態にある、他のパラメータの重要な態様であるかもしれない。

【0042】

本発明の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの所定のパラメータ基準は、バッテリセルの演算充電状態値の平均値からの偏差が所定範囲内にあることとすることができる。

【0043】

本発明の第２の態様によれば、コントロールユニットを備え、複数のバッテリセルを備えたバッテリに接続可能なシステムであって、コントロールユニットが、劣化状態を演算するパラメータのために、バッテリの複数のパラメータを受信し、パラメータを少なくとも１つの所定のパラメータ基準と比較し、パラメータが少なくとも１つの所定のパラメータ基準を満たしていれば、パラメータが信頼できると判定するように構成されている。

【0044】

この第２の態様の効果及び特徴は、本発明の第１の態様に関して、上述したものと大部分が類似している。

【0045】

本発明の第３の態様によれば、プログラムがコンピュータで実行されたとき、上述した方法のステップを実行するプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラムを提供する。

【0046】

本発明の第４の態様によれば、プログラムがコンピュータで実行されたとき、上述した方法のステップを実行するプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラムを保持するコンピュータ読み取り可能な媒体を提供する。

【0047】

本発明の第３及び第４の態様の効果及び特徴は、本発明の第１の態様に関して、上述したものと大部分が類似している。

【0048】

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付した請求の範囲及び以下の説明を検討すれば明らかになる。当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の異なる特徴が以下の説明以外の実施形態を生み出すために組み合わせることができることを理解する。例えば、上述した様々なパラメータ基準は、バッテリの劣化状態を演算するのに適しているかどうかを判定するときに、単独又は他の基準と組み合わせて使用することができる。

【0049】

本発明の前述した並びに付加的な目的、特徴及び利点は、以下の説明的かつ非限定的な、本発明の例示的な実施形態の詳細な説明を通して理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0050】

【図1】劣化状態パラメータが信頼できるかどうかを判定する方法を利用可能な、バッテリを備えた車両の例示的な実施形態を示す側面図である。

【図2】バッテリの劣化状態を演算するために信頼できるかどうかを判定する例示的な実施形態のフローチャートである。

【図3】パラメータが信頼できる場合の一例を示すオープンセル電圧図である。

【図4】劣化状態パラメータの信頼性を判定する方法の例示的な実施形態のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0051】

本発明の例示的な実施形態を示す添付図面を参照して、本発明を以下に詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、徹底かつ完全のために提供されている。同様な参照文字は、説明を通して同様な要素を指している。

【0052】

特に図１を参照すると、バッテリ（図示せず）を備えた車両１が提供されている。バッテリは、特定のバッテリ作動モードに応じて充電及び放電が可能な、複数のバッテリセルを備えている。図１に図示する車両１は、以下に詳細を説明する、劣化状態パラメータの信頼性を判定する発明の方法に特に適したバスである。

【0053】

図２を参照すると、バッテリの劣化状態を演算することは信頼できるかを判定する、例示的な実施形態のフローチャートが提供される。図２のフローチャートは、以下ではパラメータ精度ステータスモジュール２０２として参照される、劣化状態パラメータの現精度に係る第１の部分と、以下ではバッテリ状態ステータスモジュール２０４として参照される、劣化状態パラメータの現状態に係る第２の部分と、を備えている。

【0054】

パラメータ精度ステータスモジュール２０２で始まる、図２に図示する非限定的な例示的な実施形態によれば、パラメータ精度ステータスモジュール２０２は、充電状態精度ステータス２０６と、温度精度ステータス２０８と、電圧精度ステータス２１０と、を備えている。パラメータ精度ステータスモジュール２０２の主目的は、測定又は演算がなされたときに、測定又は演算されたパラメータが十分に正確であるかを判定することである。

【0055】

パラメータ精度ステータスモジュール２０２の充電状態精度ステータス２０６は、バッテリの劣化状態の演算で使用され得る、パラメータの精度と関係を持つ。バッテリの充電状態値は、測定電圧値、測定電流値、又は、測定電圧値及び測定電流値の組み合わせによって演算することができる。電圧−充電状態曲線の一例は、オープンセル電圧曲線の充電状態を示す、以下の図３の説明と関連して与えられる。このため、充電状態精度の判定は、どの位の精度で電圧及び／又は電流が測定されたかに依存する。以下では、測定電圧値、測定電流値並びに測定電圧値と測定電流値との組み合わせの精度に影響を及ぼす要素について説明する。

【0056】

測定電圧値から始めると、測定電圧値が十分正確であるかを判定するときに重要な１つのパラメータは、測定電圧値が測定された充電状態の領域である。これらの領域は、以下の図３に関連して、さらに説明する。

【0057】

測定電圧値の精度に影響を及ぼす他のパラメータは、いつ電圧測定が行なわれたか、またはより具体的には、以前にバッテリが電気的に充電又は放電されてから、バッテリがどのくらいの期間「休息」していたかである。これによって、バッテリが充電／放電されてからの期間が、電圧測定がなされる前の特定期間内、即ち、バッテリの以前の充電／放電からの時間に近いときに電圧測定がなされた特定期間内である場合、測定電圧値は、さほど正確でないとみなされる。このため、測定電圧値は、バッテリを充電／放電する電流に関連して変化する。バッテリが電流で変化すると、測定電圧値は、バッテリの真の状態を表さず、そのようなものとして、信頼できないとみなされる。また、測定電圧値は、バッテリの充電／放電がなされてから「真」の値に収束するのにある程度の時間が必要である。

【0058】

また、測定電圧値はまた、測定がなされたときのバッテリ温度に依存する。例えば、温度上昇は、バッテリの抵抗を増加させ、このため、一定の電流に対して、実際の状態より高い測定電圧値を提供する。従って、測定がなされたとき、バッテリ温度が特定範囲内になければ、測定電圧値が正確であるとみなされない。また、複数のバッテリセル間の温度差が特定温度範囲内になければ、測定電圧値は、セルの温度が特定温度範囲内にある場合より、高いか低いかもしれない。さらに、上述したように、バッテリセルの温度は、温度測定がなされた期間中にあまりにも変化すべきではなく、即ち、比較的温度が安定した状態は、望ましくは、信頼できるバッテリの劣化状態を演算することができる。

【0059】

また、測定電圧値の精度はまた、複数のバッテリセル間の測定電圧値の広がりに依存することができる。最高セル電圧と最低セル電圧との差が所定の許容電圧範囲外であれば、すべてのバッテリ測定電圧値は、正確でないと判定することができる。

【0060】

測定電流値が正確であるかどうかを判定することになると、他のパラメータもまた、信頼できる劣化状態を提供するために重要であるかもしれない。例えば、電流測定がなされた時点において、バッテリが電流で充電又は放電されたかをチェックする関連性があるかもしれない。また、電流が安定していないとき、即ち、電流測定が経時的に変化する傾向にあるとき電流が測定されると、その測定電流値は正確でないとみなされる。電流精度に関連する他のパラメータは、すべてのバッテリセルの統合された測定電流値の合計である。これは、電圧−充電状態の導関数が所定閾値未満であるとき、充電状態値を演算するために統合された測定電流値を使用する場合に重要であるかもしれない。もちろん、温度もまた、前述したのと同様な理由によって、測定電流値が正確であるかどうかを判定する重要な態様である。

【0061】

最後に、測定電圧値及び測定電流値の両方によって演算される充電状態値が正確であるかを判定するとき、測定電圧値及び測定電流値に対する上述のパラメータの組み合わせが正確であると判定することは重要であるかもしれない。

【0062】

従って、上述したパラメータの少なくともいくつかを用いて、充電状態精度ステータス２０６が十分に正確であるかを判定することができる。

【0063】

温度精度ステータス２０８を参照すると、この精度ステータスは、バッテリの劣化状態を演算するために使用され得る、バッテリの測定温度値の精度と関係を持つ。上述したように、バッテリの温度は、測定電圧値及び測定電流値など、他のパラメータが正確であるかを判定するときに重要な態様であるかもしれない。しかしながら、温度パラメータはそれ自身、劣化状態の演算にも提供され、従って、その精度は重要であり、バッテリの劣化状態を演算する前に考慮される。

【0064】

バッテリの測定温度値が正確であるかどうかを判定するときに考慮され得る、複数の態様がある。例えば、バッテリに十分なセンサが備えられていない、即ち、バッテリセルが十分な温度センサを備えていなければ、温度測定は不正確であるとみなすことができる。例えば、正確であるとみなされる温度測定を提供するために、少なくとも他のすべてのセルが温度センサを備えるべきであると判定することができる。これは、もちろん、特定のバッテリ並びに特定のバッテリ応用システムに依存する。ある応用システムでは、すべての第３のセル、又は、すべての第４のセルが温度センサを備えていれば十分であるかもしれない。

【0065】

温度精度はまた、バッテリセルの最高温度及びバッテリセルの最低温度の差が所定範囲内であるか、即ち、測定温度値の広がりが特定の許容温度範囲内であるかを確認することで、判定することができる。また、他の態様は、隣接した２つの温度センサから測定された測定温度値があまりにも大きく異なっていてはならない。この場合、温度測定が十分正確でないと判定することができる。さらにまた、温度センサ自体の精度もまた、考慮すべき態様である。センサの精度が十分でなければ、測定温度値は正確であるとみなされない。温度精度の最後の一例として、経時的な温度変化があまりにも急激又はあまりにもゆっくりと変化した場合、この期間中になされた温度測定は、劣化状態の演算で使用得るのに十分正確であるとみなすことができない。

【0066】

バッテリセルの温度は、多くの場合、セルの表面又はセルの電極（pole）で測定される。考慮すべきさらなる態様の１つは、セルの中心とセルの表面との温度差が、セルの表面又はセルの電極の測定温度値が十分にセルの「真の」温度を表しているかである。これは、温度測定がバッテリが充電又は放電されてからの時間にあまりにも近い場合であるかもしれない。セルの中心が加熱され、セルの表面が冷却されるため、表面の測定温度値が、セル温度の真の特性を表しているかを評価することは困難である。これによって、動的に測定された測定温度値が正確であると判定するため、温度測定は、望ましくは、バッテリが電流で充電又は電流から放電した後の期間になされるべきである。また、セルの中心は、セル及び表面の温度がほぼ同一の温度に収束するまでの期間が経過した後、バッテリが「きびしい」充電／放電にさらされた場合、セルの表面より高温であるかもしれない。

【0067】

従って、上述したパラメータの少なくともいくつかを用いて、測定温度精度ステータス２０８が十分正確であるかを判定することができる。

【0068】

電圧精度ステータス２１０を参照して、この精度ステータスは、異なるセルに対する測定電圧値の精度と関係を持つ。測定電圧値の精度は、電圧測定時の特定の温度に依存することができる。従って、バッテリ電圧測定時の温度があまりにも高い場合、測定電圧値は、バッテリの劣化状態を演算するとき信頼できる値を提供するのに十分信頼できる又は正確であるとみなすことができない。また、測定電圧値の精度に影響を及ぼす他のパラメータは、例えば、図３に関連して以下で詳細に説明するように、測定がなされたオープンセル電圧領域、又は、上述したように、バッテリが以前に充電／放電されてからの期間などである。

【0069】

パラメータ精度モジュール２１２は、充電状態精度ステータス２０６、温度精度ステータス２０８及び電圧精度ステータス２１０を備える。従って、充電状態精度ステータス２０６では演算充電状態値が正確であり、温度精度ステータス２０８では測定温度値が正確であり、かつ、電圧精度ステータス２１０では測定電圧値が正確であると判定されれば、パラメータが正確であるとみなされる。

【0070】

しかしながら、パラメータが正確であることを示すパラメータ精度モジュール２１２は、充電状態精度ステータス２０６、温度精度ステータス２０８又は電圧精度ステータス２１０の１つのみによって提供され、すべての精度値は、バッテリ精度を示すパラメータを受信するために備えられる必要条件でないことを容易に理解すべきである。上述したように、異なるパラメータは、いくつかの応用システムでは他の応用システムよりも重要であり、従って、特定の応用システムにとって重要な特定のパラメータであるとみなすことだけが重要である。

【0071】

その代わりにバッテリ状態ステータスモジュール２０４を参照すると、バッテリ状態ステータスモジュール２０４は、充電状態２１４、温度状態２１６及び電圧状態２１８の状態を備えている。バッテリ状態ステータスモジュール２０４の主目的は、バッテリの状態が、バッテリの劣化状態を演算するのに有利であるかを判定できることである。従って、バッテリ状態ステータスモジュール２０４は、パラメータがほぼ信頼できる、即ち、ほぼ正確である劣化状態を提供するかどうかを判定する。バッテリがどのくらい劣化しているかを判定できるようにするために、バッテリの劣化の演算で測定及び使用されるパラメータは、バッテリが新しくなったときに、参照パラメータと比較する必要がある。バッテリが新しくなったとき、特定環境下で様々なパラメータの測定がなされ、従って、バッテリの劣化状態の信頼できる演算結果が提供されることを保障するために、バッテリの劣化を判定するパラメータに影響を及ぼす環境を保持することが重要である。

【0072】

最初に、充電状態２１４は、演算充電状態値が、信頼できる劣化状態に貢献、即ち、充電状態値が信頼できるかどうかを判定する。充電状態値は、例えば、後述するように、導関数が所定閾値より大きいときに充電状態値が演算されれば、信頼できると判定することができる。

【0073】

温度状態２１６は、測定温度値が、信頼できる劣化状態に貢献するかどうかを判定する。測定温度値は、測定がなされたとき、測定温度値の平均値が特定範囲内にあれば、即ち、バッテリがあまりにも高温でなくあまりにも低温でなければ、信頼できると判定することができる。また、個々のセル温度は、それらの値が信頼できるとみなされるために、バッテリの平均温度からあまりにも逸脱すべきでない。

【0074】

最後に、電圧状態２１８は、測定電圧値が、バッテリの信頼できる確実に劣化状態に貢献するかどうかを判定する。測定電圧値を検討するとき、以前にバッテリの均衡がなされてから所定期間内に電圧測定がなされた場合、測定電圧値は信頼できると判定することができる。このため、異なるセルの測定電圧値の広がりが所定電圧範囲内にあれば、測定電圧値は信頼できるとみなすことができる。バッテリセル電圧の範囲の検討は、重要な一側面である。というのは、例えば、２つの測定電圧値に対して同様な平均値を提供し得るが、最高バッテリセル電圧と最低バッテリセル電圧との幅が、２つの測定値間で著しく異なるからである。これによって、所定範囲内でセル電圧の広がりを持つ電圧平均値だけが、信頼できるとみなされる。従って、電圧の広がりがバッテリ均衡後に小さくなるので、バッテリの均衡がなされたすぐ後では、測定電圧値は信頼できるとみなすことができる。

【0075】

また、測定電圧値は、あまりにも高いかあまりにも低ければ、信頼できないとみなすことができる。より具体的には、セルの測定電圧値があまりにも高いかあまりにも低ければ、これは、多分、当該セルが損傷していることを示すことができる。これによって、１つのセル又は複数のセルが損傷しているときの測定電圧値に基づいてバッテリの劣化状態を演算することは、十分に信頼できる劣化状態を提供しない。

【0076】

また、充電状態２１４、温度状態２１６及び電圧状態２１８の状態にとって、各パラメータの広がり、即ち、他のセル値又はセルの演算平均値などからセル値がどのように逸脱しているかを判定することも重要であるかもしれない。

【0077】

バッテリの上記状態２１４，２１６及び２１８を用いて、バッテリ状態モジュール２２０は、前述したパラメータを使用することによって、バッテリ状態が信頼できる劣化状態の演算を提供するのに有利であるかを判定する。

【0078】

また、様々なパラメータのすべて、即ち、充電状態２１４、温度状態２１６又は電圧状態２１８から状態を受信することに依存する必要はない。パラメータ精度モジュール２１２の説明に関連し上述したように、何らかの理由によって、モジュールの１つだけから入力を受信すれば十分であるかもしれない。

【0079】

最後に、パラメータ精度モジュール２１２及びバッテリ状態モジュール２２０は、それらの結果を劣化状態判定ステータスモジュール２３０に提供する。劣化状態判定ステータスモジュール２３０は、パラメータ精度モジュール２１２及びバッテリ状態モジュール２２０からの受信入力に基づいて、パラメータがほぼ正確にバッテリの劣化状態を演算するために信頼できるとみなされるかどうかを判定する。

【0080】

図２は、劣化状態判定ステータスモジュール２３０がパラメータ精度モジュール２１２及びバッテリ状態モジュール２２０の両方から入力を受信すべきことを示しているが、本発明は、パラメータ精度モジュール２１２及びバッテリ状態モジュール２２０の一方だけから、劣化状態判定ステータスモジュール２３０が入力を受信する場合も同様に機能すると理解すべきである。

【0081】

オープンセル電圧図３００を示す図３を参照する。図３００は、どのようにバッテリ電圧がバッテリの充電状態３０４に依存するのかを示す。図３の図３００は、５つのセクション３０６，３０８，３１０，３１２，３１４に分けられる。バッテリは、バッテリの電圧上昇及び充電状態増加を示す矢印３１６によって示される充電、又は、バッテリの電圧低下並びに充電状態低下を示す矢印３１８によって示される放電をすることができる。以下、主に、矢印３１６によって示される、バッテリ充電状態の図について説明する。

【0082】

第１のセクション３０６において、バッテリは、空の状態から充電される。これによって、電圧−充電状態の導関数は、比較的急、即ち、充電状態３０４での増加よりも、電圧３０２の比較的大幅な増加となる。反対に、バッテリが放電すると、第１のセクション３０６は、バッテリがすぐに力を失うことを示す。

【0083】

図３００の第２のセクション３０８において、電圧−充電状態の導関数は、第１のセクション３０６よりわずかに低下するが、バッテリの電圧３０２は、充電状態３０４の増加と共にまだ増加し、バッテリの電圧は、その全容量に関してその下方領域にまだある。

【0084】

図の第３のセクション３１０において、上で定義した導関数はほぼ０となる。これによって、バッテリの充電状態３０４は、この部分でまだ増加しているが、電圧はほぼ同じままである。

【0085】

図の第４のセクション３１２及び第５のセクション３１４において、バッテリ電圧３０２が上昇すると充電状態３０４も上昇するように、導関数が増加する。第５のセクション３１４において、バッテリの充電レベルは、その満充電にほぼ到達している。

【0086】

図２に関連して上述したように、特定時点の間で電圧を測定することは、十分正確であるとみなすことができないパラメータを提供するかもしれない。図３において、導関数がほぼ０である第３のセクション３１０によってこれが示されている。より具体的には、バッテリの充電状態値が第３のセクション３１０にあるときに電圧測定がなされると、電圧３０２の小さい変化が充電状態３０４の比較的大きい変化をもたらすため、対応するバッテリの充電状態値の精度は比較的あやふやになる。従って、第３のセクション３１０において、測定電圧値を用いた正確又はほぼ正確な充電状態値を提供することは困難であるかもしれず、第３のセクション３１０で測定電圧値並びに充電状態値を不正確にする。図３００の第１のセクション３０６、第２のセクション３０８、第４のセクション３１２及び第５のセクション３１４では、導関数が所定の許容閾値より大きく、測定電圧値が比較的正確な充電状態値に相当する。これによって、測定電圧値並びに対応する充電状態値は、これらのセクションにおいて、信頼できる劣化状態の演算を提供し得る程、十分正確であるとみなされる。

【0087】

また、そうすることが有利になる時点、即ち、上述した第１のセクション３０６、第２のセクション３０８、第４のセクション３１２又は第５のセクション３１４で、充電状態値の演算がなされたとき、充電状態値は信頼できるとみなすことができる。

【0088】

しかしながら、測定電圧値及び対応する充電状態値が正確であるとみなされるが、他のパラメータは、劣化状態の演算を行わないと判定する結果となるかもしれない。例えば、電圧−充電状態が図３００の第１のセクション３０６、第２のセクション３０８、第４のセクション３１２又は第５のセクション３１４の１つにあるが、温度のような他のパラメータは、劣化状態を信頼できないものとする判定される、セル間のこのような大きな広がりを持つかもしれない。劣化状態の演算を行わないとの判定となる他のパラメータは、上述の図２に関連して与えられる。

【0089】

本出願に係る発明の方法を要約するために、本発明に係る方法の例示的な実施形態のフローチャートを示す図４を参照する。図４に図示する一例によれば、方法の第１のステップＳ１は、バッテリから劣化状態を演算するパラメータを受信する。パラメータは、例えば、図２及び３の説明に関連して上述したパラメータの任意の１つである。パラメータは、バッテリの劣化状態を演算するときに使用され得るパラメータと関係を持つ。

【0090】

その後、パラメータは、ステップ２で、少なくとも１つのパラメータ基準と比較される。少なくとも１つのパラメータ基準は、上述され、異なるパラメータ並びにバッテリの異なる応用システムの分野で異なるように設定され得る。

【0091】

最後に、パラメータが少なくとも１つの所定のパラメータ基準を満たしていれば、ステップＳ３で、パラメータは信頼できると判定される。これによって、この方法は、受信したパラメータに基づく劣化状態のパラメータ基準が、正確であるかどうかの結果、即ち、演算結果がバッテリの真の挙動にほぼ相当するバッテリの劣化状態を示すことを提供するかをさらに判定できる。

【0092】

本発明は、上述及び図示した実施形態に限定されるものでないことを理解すべきであり、むしろ、当業者は、添付した請求の範囲内で、多くの変更及び改変がなされ得ることを認識するであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】