特許 6543263 様々な使用範囲の充電状態（ＳＯＣ）を有する複数のセルを備えるバッテリの、充電状態の評価方法

(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】6543263

(24)【登録日】2019年6月21日

(45)【発行日】2019年7月10日

(54)【発明の名称】様々な使用範囲の充電状態（ＳＯＣ）を有する複数のセルを備えるバッテリの、充電状態の評価方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/382 20190101AFI20190628BHJP

   G01R 31/385 20190101ALI20190628BHJP

   G01R 31/36 20190101ALI20190628BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20190628BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20190628BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20190628BHJP

   B60L 3/00 20190101ALN20190628BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/382

   G01R31/385

   G01R31/36ZHV

   H02J7/00 X

   H02J7/02 H

   H01M10/48 P

   H01M10/48 301

   !B60L3/00 S

【請求項の数】9

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-555751(P2016-555751)

(86)(22)【出願日】2015年3月9日

(65)【公表番号】特表2017-510800(P2017-510800A)

(43)【公表日】2017年4月13日

(86)【国際出願番号】FR2015050566

(87)【国際公開番号】WO2015132544

(87)【国際公開日】20150911

【審査請求日】2018年3月8日

(31)【優先権主張番号】1451892

(32)【優先日】2014年3月7日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】507308902

【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】リュシー， マルク

【審査官】 永井 皓喜

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／１６７８３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１７３２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０５１１３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／０２７４４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−３０８１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００２７０４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１２４９３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３１／３８２

Ｇ０１Ｒ ３１／３８５

Ｇ０１Ｒ ３１／３６

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ７／０２

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｂ６０Ｌ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列に接続された複数の電気化学セル（Ｃ_１、．．．Ｃ_Ｎ）を備えるバッテリであって、各セル（Ｃ_１、．．．Ｃ_Ｎ）が最小許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍｉｎ）と最大許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍａｘ）との間に保持された充電状態（ＳＯＣ）を有するバッテリの充電状態（ＳＯＣ_ｐａｃｋ）の評価方法であって、前記方法は、
− 所与の時点において、前記セルの端子間の電圧から、最小セル電圧（Ｕ_Ｃｍｉｎ）と最大セル電圧（Ｕ_Ｃｍａｘ）を決定するステップ、
− 前記最小セル電圧（Ｕ_Ｃｍｉｎ）を有する前記セルの最小充電状態（ＳＯＣ_ｍｉｎ）と、最大セル電圧（Ｕ_Ｃｍａｘ）を有する前記セルの最大充電状態（ＳＯＣ_ｍａｘ）とを計算するステップであって、前記バッテリの前記充電状態（ＳＯＣ_ｐａｃｋ）は前記最小充電状態（ＳＯＣ_ｍｉｎ）と前記最大充電状態（ＳＯＣ_ｍａｘ）の間にある、計算するステップ、を含み、
前記方法は、前記セルの健全性を表す少なくとも１つの物理量に応じて、及び／または、前記バッテリの温度に応じて、各セルの前記最小許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍｉｎ）及び前記最大許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍａｘ）を調整するステップ、及び
前記最大セル電圧（Ｕ_Ｃｍａｘ）を有する前記セルの前記最大充電状態（ＳＯＣ_ｍａｘ）が前記セルの前記最大許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍａｘ）よりも大きい場合、及び、前記最小セル電圧（Ｕ_Ｃｍｉｎ）を有する前記セルの最小充電状態（ＳＯＣ_ｍｉｎ）が前記セルの前記最小許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍｉｎ）よりも小さい場合、前記方法は、前記バッテリの前記充電状態（ＳＯＣ_ｐａｃｋ）に「利用不能」という値を帰属させることを含むステップを含むことを特徴とする、バッテリの充電状態（ＳＯＣ_ｐａｃｋ）の評価方法。

【請求項2】

− 前記最小セル電圧（Ｕ_Ｃｍｉｎ）を有する前記セルの前記最小充電状態（ＳＯＣ_ｍｉｎ）が、前記セルの前記最小許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍｉｎ）よりも小さい場合に、前記バッテリの前記充電状態（ＳＯＣ_ｐａｃｋ）を前記最小充電状態（ＳＯＣ_ｍｉｎ）に合わせるステップ、及び／または、
− 前記最大セル電圧（Ｕ_Ｃｍａｘ）を有する前記セルの前記最大充電状態（ＳＯＣ_ｍａｘ）が、前記セルの前記最大許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍａｘ）よりも大きい場合に、前記バッテリの前記充電状態（ＳＯＣ_ｐａｃｋ）を前記最大充電状態（ＳＯＣ_ｍａｘ）に合わせるステップ、
を含む、少なくとも１つのステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の評価方法。

【請求項3】

前記最大セル電圧（Ｕ_Ｃｍａｘ）を有する前記セルの前記最大充電状態（ＳＯＣ_ｍａｘ）が前記セルの前記最大許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍａｘ）以下である場合、及び、前記最小セル電圧（Ｕ_Ｃｍｉｎ）を有する前記セルの前記最小充電状態（ＳＯＣ_ｍｉｎ）が前記セルの前記最小許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍｉｎ）以上である場合、前記評価方法は、以下の関係によって、所与の時点ｋにおける前記バッテリの前記充電状態（ＳＯＣ_ｐａｃｋ）を評価することを含むステップを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の評価方法。

【請求項4】

前記セルの健全性を表す前記少なくとも１つの物理量は、前記セルの前記端子間で測定された電圧、及び／または前記セルを流れる電流（Ｉ_ＢＡＴ）、及び／または前記セルに関する温度であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の評価方法。

【請求項5】

前記最小及び最大許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍｉｎ、ＢＳＯＣ_ｍａｘ）と、前記セルの前記健全性を表す前記少なくとも１つの物理量との間の対応は、既定であり、好ましくは数値表中で既定されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の評価方法。

【請求項6】

− 前記最小許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍｉｎ）と前記最大許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍａｘ）との間で規定される使用範囲は、前記セルの前記健全性及び前記セルの経年の進行に応じて広くなり、及び／または、
− 前記使用範囲は、前記バッテリの前記温度が比較的低く、既定の温度閾値未満である場合に、限定される
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の評価方法。

【請求項7】

直列に接続された複数の電気化学セル（Ｃ_１、．．．Ｃ_Ｎ）を備えるバッテリであって、前記複数の電気化学セル（Ｃ_１、．．．Ｃ_Ｎ）の各々が、最小許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍｉｎ）と最大許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍａｘ）との間で保持された充電状態（ＳＯＣ_ｐａｃｋ）を有するバッテリの、充電状態の評価システムであって、前記システムが、
− 前記バッテリの電流測定値（Ｉ_ＢＡＴ）を提供可能な電流センサと、
− 前記バッテリの温度測定値（Ｔ_ＢＡＴ）を提供可能な１または複数の温度センサと、
− 前記セルの端子間の電圧から最小セル電圧（Ｕ_Ｃｍｉｎ）と最大セル電圧（Ｕ_Ｃｍａｘ）を収集可能な電子制御ユニット（ＥＣＵ）であって、前記最小セル電圧（Ｕ_Ｃｍｉｎ）、前記電流測定値（Ｉ_ＢＡＴ）、及び前記バッテリの前記温度測定値（Ｔ_ＢＡＴ）によって前記セルの最小充電状態（ＳＯＣ_ｍｉｎ）を評価可能な第２の評価モジュール（２０）、前記最大セル電圧（Ｕ_Ｃｍａｘ）、前記電流測定値（Ｉ_ＢＡＴ）、及び前記バッテリの前記温度測定値（Ｔ_ＢＡＴ）によって前記セルの最大充電状態（ＳＯＣ_ｍａｘ）を評価可能な第３の評価モジュール（３０）、並びに、前記最小充電状態（ＳＯＣ_ｍｉｎ）と前記最大充電状態（ＳＯＣ_ｍａｘ）に応じて、及び、第４のモジュール（４０）によって決定される前記最小許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍｉｎ）と前記最大許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍａｘ）に応じて、前記充電状態（ＳＯＣ_ｐａｃｋ）を決定可能な第５の評価モジュール（５０）であって、前記第４のモジュール（４０）は、前記セルの健全性を表す少なくとも１つの物理量に応じて、及び／または、前記バッテリの前記温度測定値（Ｔ_ＢＡＴ）に応じて、各セルの前記最小許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍｉｎ）と前記最大許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍａｘ）を調整可能な、第５の評価モジュールを備えるとともに、前記最大セル電圧（Ｕ_Ｃｍａｘ）を有する前記セルの前記最大充電状態（ＳＯＣ_ｍａｘ）が前記セルの前記最大許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍａｘ）よりも大きい場合、及び、前記最小セル電圧（Ｕ_Ｃｍｉｎ）を有する前記セルの最小充電状態（ＳＯＣ_ｍｉｎ）が前記セルの前記最小許容充電状態値（ＢＳＯＣ_ｍｉｎ）よりも小さい場合、前記バッテリの前記充電状態（ＳＯＣ_ｐａｃｋ）に「利用不能」という値を帰属させるように構成される電子制御ユニット（ＥＣＵ）と、を備える、システム。

【請求項8】

前記最小セル電圧（Ｕ_Ｃｍｉｎ）と前記最大セル電圧（Ｕ_Ｃｍａｘ）のみを前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）に直接送達することが可能な、第１のモジュール（１０）を含むことを特徴とする、請求項７に記載の評価システム。

【請求項9】

請求項７または８に記載の評価システムを備えることを特徴とする、車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直列に接続された複数の電気化学セルを備えるバッテリの充電状態を評価するための方法及びシステムに関する。

【0002】

本発明は、バッテリのタイプに関わらず適用が可能で、非排他的に広く車両に適用される。具体的には、本発明は、特に自動車及びコンピュータといった産業部門に適用され得、車載であるかどうかに関わらず、任意のシステムに対して適用可能である。

【背景技術】

【0003】

電気自動車及びハイブリッド自動車の非限定的な分野において、トラクションバッテリ管理システムの主要な挑戦の１つは、バッテリの充電状態（ＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）とも呼ばれる）を評価することである。この情報は「バッテリゲージ」の形態でダッシュボード上に表示され、これにより運転者は、残存走行可能距離をキロメートルで知ることができる。電気自動車の走行可能距離は燃焼動力自動車の走行可能距離を大幅に下回るため、可能な限り信頼性の高い情報を提供することによって運転者に再確認させることが重要である。実際、バッテリゲージの評価における誤差によって、運転者が好ましからざる状況（ガス欠）、あるいは危険な状況（追い越し時のパワー喪失）にさえ置かれる結果を招く可能性がある。

【0004】

今日、直列に接続されたＮ個の電気化学セルＣ_ｉ（ｉは１とＮの間の整数）を含むバッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋは、従来の方式で、全体として考慮されるバッテリに関する測定結果に基づいて評価される。こうして、第１の装置は、直列のセルの組全体の端子間で測定される、バッテリが加える総電圧Ｕ_ＢＡＴを測定し、電流センサ及び温度センサはそれぞれ、バッテリを流れる電流Ｉ_ＢＡＴ及びバッテリの温度Ｔ_ＢＡＴをそれぞれ測定する。充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋの評価値は、これら３つの測定値に基づき、アンペア時測定法、またはカルマンフィルタリングタイプのモデリングなどの従来の方法を用いて、ソフトウェアユニットによって計算される。したがって、全体的測定値に基づくこのタイプの評価は、セルの充電状態の平均値におおよそ一致する。

【0005】

バッテリを構成する電気化学セルは、その構造により、セルの容量分布及び内部抵抗の点で互いに異なるという特性を有し、加えて、バッテリ内におけるセルの配置の結果として、経験する温度の変異は様々である。結果として、これらのセルは、必然的に互いに異なる充電状態を有する。バッテリが非平衡であると言われるのは、このためである。非平衡状態においては、バッテリの使用範囲は、最高の程度まで充電されたセルと、最低の程度まで充電されたセルによって設定される。この場合には、全体的測定値に基づく評価は誤りとなる。

【0006】

さらに想定される評価装置では、セルの非平衡性を考慮に入れることによって、各セルの充電状態からバッテリの充電状態値を推定するように、各セルの充電状態を個別に評価することが推奨される。このタイプの装置は、理想的には、バッテリを構成する各セルＣ_ｉの端子間の電圧Ｕ_１からＵ_Ｎまでを同時に測定する第１の機器、バッテリのＮ個のセルを流れる電流Ｉ_ＢＡＴをそれぞれ測定する電流センサ、及びバッテリを構成する各セルＣ_ｉの温度Ｔ_ｉを与える温度センサを備える。各セルＣ_ｉの充電状態ＳＯＣ_ｉの評価値は、Ｕ_ｉ、Ｔ_ｉ及びＩ_ＢＡＴの各測定値に基づき、アンペア時測定法、またはカルマンフィルタリングタイプのモデリングなどの従来の方法を用いて、Ｎ個のソフトウェアユニットによって計算される。次いで、バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋは、ソフトウェアユニットによってもたらされるＮ個の充電状態ＳＯＣ_ｉに基づいて、計算モジュールによって評価される。これらの装置は、確かにより正確ではあるが、より高価でもあり、ソフトウェアの点でより複雑でもある。これらは、バッテリを構成する各セルの端子間の電圧の測定値、及び各セルの挙動を記述するための進歩したモデル（特にカルマンフィルタリング）を必要とする。電気自動車に使用されるセルなど、高電圧バッテリの場合には、基本セル（現代のバッテリでは９６個のバイセル）の数が多いことにより、装置のコストはかなり高額になる。

【0007】

最後に、この分野では、バッテリの充電状態を評価するための方法が知られている。この方法の中では、最高の程度まで充電されたセルの最大充電状態ＳＯＣ_ｍａｘに関する評価と、最低の程度まで充電されたセルの最小充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎに関する評価とに基づいて、バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋを再構築することが可能である。充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋの値は、最小充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎが０に近づくときには０に近づき、最大充電状態ＳＯＣ_ｍａｘが１に近づくときには１に近づく。このタイプの方法は、仏国特許出願公開第２９９０５１６号明細書で、本出願人によって開示されている。この方法は、固定値である最小許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍｉｎ及び最大許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍａｘを使用し、それによって、特にセルの経年状態に関わりなくバッテリ内に貯蔵されたエネルギーの最大量を一定値で保持することが不可能であるため、この方法は最善ではないということは留意されてきた。ガス欠または追い越し中のパワー喪失といった、好ましくない状況（これらの状況は、バッテリの充電状態の評価が不十分であることによって生じるであろう）を招く可能性があるため、ユーザにとっては、最大エネルギー貯蔵量の変動性は有害である。

【発明の概要】

【0008】

この文脈において、本発明の目的は、セル間の非平衡を考慮に入れてバッテリの充電状態を正確に評価するための安価な方法を提案することによって、先行技術の欠点を克服することにある。具体的には、本発明の目的は、ユーザが、車両の残存走行可能距離が旅程を完了するのに十分かどうかを評価するのを妨げるような落ち着かない状況に陥るのを防ぐため、貯蔵エネルギーの最大量が概して一定である方法を提供することである。本書が標的とするさらなる目的は、セルの健全性、特にセルの経年状態を考慮に入れることによって、各セルの充電状態の使用範囲を調整することである。最後に、本発明は、この方法を実行するのに必要なプロセッサの数を限定するために、セルまたはバッテリの充電状態の評価に基づいて、バッテリの充電状態を評価するための方法を提案することを企図する。

【0009】

提案される解決方法では、直列に接続された複数の電気化学セルを備えるバッテリであって、各セルが最小許容充電状態値と最大許容充電状態値との間に保持された充電状態を有するバッテリの、充電状態の評価方法が、
− 所与の時点において、セルの端子間の電圧から、最小セル電圧と最大セル電圧を決定するステップ、
− 最小セル電圧を有するセルの最小充電状態と、最大セル電圧を有するセルの最大充電状態とを計算するステップであって、バッテリの充電状態は前記最小充電状態と前記最大充電状態の間にある、計算するステップ、
− セルの健全性を表す少なくとも１つの物理量に応じて、及び／または、バッテリの温度に応じて、各セルの前記最小許容充電状態値及び前記最大許容充電状態値を調整するステップ、を含む。

【0010】

この解決方法によって、上記の諸問題を克服することが可能になる。

【0011】

より正確には、セルの健全性を表す物理量に応じた、各セルの最小許容充電状態値と前記最大許容充電状態値の調整によって、前記セルを含むバッテリの充電状態の評価の不確実性を最小化するように充電状態の使用範囲を思慮深く選択するため、各セルの健全性を考慮に入れることが可能になる。この手法によって、電気自動車またはハイブリッド自動車で従来どおりに使用されているバッテリの残存走行可能距離を、より確実に評価することが可能になる。セルの充電状態の使用範囲が、前記セルのそれぞれの健全性に依存していることによって、バッテリの貯蔵エネルギー最大量を、実質的に一定に保持することが可能になる。さらに、この方法によって、各セルの健全性に応じて、そのうえ最小限の装備によって、バッテリの最小及び最大充電状態を調整することが可能になる。例として、セルと直列に配置された電流センサ、バッテリの温度を測定するためのセンサ、最小セル電圧及び最大セル電圧のみを測定可能な電子部品、並びに、電流センサによって得られた電流測定値と、温度センサによって得られた温度測定値と、最小セル電圧測定値及び最大セル電圧測定値とを収集する、バッテリの充電状態管理のためのシステムによって、わずかな計算リソースで、この結果に到達することが可能になる。

【0012】

一実施形態においては、方法は、
− 最小セル電圧を有するセルの最小充電状態が、前記セルの最小許容充電状態値よりも厳密に小さい場合に、バッテリの充電状態を最小充電状態値に合わせるステップ、及び／または、
− 最大セル電圧を有するセルの最大充電状態が、前記セルの最大許容充電状態値よりも厳密に大きい場合に、バッテリの充電状態を最大充電状態値に合わせるステップ、
を含む、少なくとも１つのステップを含む。

【0013】

別の実施形態においては、最大セル電圧を有するセルの最大充電状態が前記セルの最大許容充電状態値以下である場合、及び、最小セル電圧を有するセルの最小充電状態が前記セルの最小許容充電状態値以上である場合、評価方法は、以下の関係によって、所与の時点ｋにおけるバッテリの充電状態（ＳＯＣ_ｐａｃｋ）を評価することを含むステップを含む。

【0014】

本発明の一実施形態においては、最大セル電圧を有するセルの最大充電状態が前記セルの最大許容充電状態値よりも厳密に大きい場合、及び、最小セル電圧を有するセルの最小充電状態が前記セルの最小許容充電状態値よりも厳密に小さい場合、方法は、バッテリの充電状態に「利用不能」という値を帰属させることを含むステップが含む。

【0015】

一実施形態においては、セルの健全性を表す前記少なくとも１つの物理量は、このセルの端子間で測定された電圧、及び／またはこのセルを流れる電流、及び／またはこのセルに関する温度である。

【0016】

一実施形態においては、最小及び最大許容充電状態値と、セルの健全性を表す前記少なくとも１つの物理量との間の対応は、既定であり、好ましくは数値表中で既定である。

【0017】

一実施形態においては、
− 最小許容充電状態値と最大許容充電状態値との間で規定される使用範囲は、セルの健全性及びセルの経年の進行に応じて広くなり、及び／または、
− 前記使用範囲は、バッテリの温度が比較的低く、既定の温度閾値未満である場合に、限定される。

【0018】

本発明の第２の主題もまた目標とされており、その中では、直列に接続された複数の電気化学セルを備えるバッテリであって、各セルが最小許容充電状態値と最大許容充電状態値との間で保持された充電状態を有するバッテリの、充電状態の評価システムが、
− バッテリの電流測定値を提供可能な電流センサと、
− バッテリの温度測定値を提供可能な１または複数の温度センサと、
− セルの端子間の電圧から最小セル電圧と最大セル電圧を収集可能な電子制御ユニットであって、最小セル電圧、電流測定値、及びバッテリの温度測定値によってセルの最小充電状態を評価可能な第２の評価モジュール、最大セル電圧、電流測定値、及びバッテリの温度測定値によってセルの最大充電状態を評価可能な第３の評価モジュール、並びに、最小充電状態と最大充電状態に応じて、及び、第４のモジュールによって決定される最小許容充電状態値と最大許容充電状態値に応じて、充電状態を決定可能な第５の評価モジュールであって、第４のモジュールは、セルの健全性を表す少なくとも１つの物理量に応じて、及び／または、バッテリの温度に応じて、各セルの前記最小許容充電状態値と前記最大許容充電状態値を調整可能な第５の評価モジュール、を備える電子制御ユニットと、を備える。

【0019】

一実施形態においては、システムは、最小セル電圧と最大セル電圧のみを電子制御ユニットに直接送達することが可能な、第１のモジュールを含む。

【0020】

第３の主題によると、上記の実施形態の任意の１つによる評価システムを備える車両もまた、目標とされる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】バッテリが始動状態にある第１の状況と、バッテリが満充電である第２の状況と、バッテリが放電完了している第３の状況とが存在する先行技術による、バッテリの充電状態の評価方法を示す。バッテリの充電状態の使用範囲は、発火または劣化の早発のいかなる危険も回避するため、所与の電圧及び充電状態の範囲内に維持されなければならないという、セルに固有の使用上の制約によって、最高の程度まで充電されたセル、または最低の程度まで充電されたセルによって設定されるということが、本書で示される。示されているそれぞれの状況に関して、実際の使用範囲は９６％である。

【図2】先行の評価方法による、バッテリの放電フェーズ中で、セルの充電状態の使用範囲が０％から１００％の間である、最小セル電圧を有するセルの最小充電状態（ＳＯＣ＿ｍｉｎ）、最大セル電圧を有するセルの最大充電状態（ＳＯＣ＿ｍａｘ）、及び最小充電状態と最大充電状態の間に含まれるバッテリの充電状態（ＳＯＣ＿ｐａｃｋ）の、時間に応じた経過を示すグラフである。

【図3】先行の方法による、セルの充電状態の使用範囲が２０％と８０％の間である、図２のグラフと同様のグラフを示す。

【図4】本発明の方法による、同じくセルの充電状態の使用範囲が２０％と８０％の間である、図２のグラフと同様のグラフを示す。図２中の円は、バッテリが２０％または８０％の充電状態を有するときの、セルの最小及び最大充電状態と、バッテリの充電状態との間の一致を示す。

【図5】本発明の方法による、セルの充電状態の使用範囲が３０％と７０％の間である、図４のグラフと同様のグラフを示す。

【図6】本発明による方法を実施するための手段を備えるシステムの、基本的な図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以降、直列に接続されたＮ個の電気化学セルＣ_１〜Ｃ_Ｎを備えるバッテリが検討される。動作中には、したがって同量の電流Ｉ_ＢＡＴがＮ個のセルを通過し、バッテリの端子間での電圧Ｕ_ＢＡＴは、Ｎ個のセルの端子間で得られるＮ個の電圧Ｕ_１からＵ_Ｎの合計に、全ての時点で一致する。

【0023】

本発明によると、バッテリの充電状態の評価は、所与の時点におけるＮ個のセル電圧の、２つの具体的な値に基づいて得られる。１つは、最小セル電圧と呼ばれ、全てのセル電圧の中の最小値に相当する。もう１つは、最大セル電圧と呼ばれ、全てのセル電圧の中の最大値に相当する。これらの２つの値は、それぞれＵＣ_ｍｉｎ及びＵＣ_ｍａｘで表される。セルＣ_１〜Ｃ_Ｎのそれぞれは、最小許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍｉｎと最大許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍａｘからなる充電状態の使用範囲の内にある、充電状態ＳＯＣを有する。セルをこの使用範囲の内で動作させることによって、潜在的な劣化からセルを保護することが可能になる。

【0024】

バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋが直接的または間接的に依存する物理量は、実際に規定することが可能である。この物理量自体は、関連するセルの充電状態が上昇するときに最大充電状態ＳＯＣ_ｍａｘに関連する重みが増加することと、関連するセルの充電状態が低下するときに最小充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎに関連する重みが増加することとを確保する重み付け要素を含む方程式に従って、解析的に、直接的または間接的に、最小充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎ及び最大充電状態ＳＯＣ_ｍａｘに依存する。こうして、最小セル電圧ＵＣｍｉｎ及び最大セル電圧ＵＣｍａｘが、所与の時点に関して、セルの端子間の電圧から最初に規定される。次いで、最小セル電圧ＵＣ_ｍｉｎを有するセルの最小充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎ、及び最大セル電圧ＵＣ_ｍａｘを有するセルの最大充電状態ＳＯＣ_ｍａｘが計算される。バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋは、前記最小充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎと前記最大充電状態ＳＯＣ_ｍａｘの間である。

【0025】

本発明は、この充電状態が、関連するセルの最大許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍａｘに相当する既定の最大使用閾値に近似する場合に、最大充電状態ＳＯＣ_ｍａｘに関連する重みが最大となり、この充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎが、関連するセルの最小許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍｉｎに相当する既定の最小使用閾値に近似する場合に、最小充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎに関連する重みが最大となることを、確保することを意図する。この２つの間で、物理量の変動は連続的で、且つ急変動なしでなければならない。最小セル電圧ＵＣ_ｍｉｎによって最小充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎを決定し、最大セル電圧ＵＣ_ｍａｘによって最大充電状態ＳＯＣ_ｍａｘを決定することを可能にする計算ステップが終わると、次に、最小充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎ、最大充電状態ＳＯＣ_ｍａｘ、前記最小許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍｉｎ、及び前記最大許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍａｘに応じて、バッテリパックの充電状態値ＳＯＣ_ｐａｃｋを調整することが可能になる。

【0026】

本発明によると、各セルの、前記最小許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍｉｎ及び前記最大許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍａｘは、可変である。より正確には、これらの値ＢＳＯＣ_ｍｉｎ及びＢＳＯＣ_ｍａｘは、セルの健全性を表す少なくとも１つの物理量に応じて、及び／またはバッテリの温度Ｔ_ＢＡＴに応じて、調整される。実際、セルのこの健全性は、当該セルの経年状態を規定する。

【0027】

図６は、本発明による方法を実施するための手段を備える評価システムの、基本的な図を示す。評価システムは、最小セル電圧Ｕ_Ｃｍｉｎ及び最大セル電圧Ｕ_Ｃｍａｘを印加可能なバッテリを構成する各セルＣ_１．．．Ｃ_Ｎの各端子に接続された第１のモジュール１０を備える。第１のモジュール１０は、好ましくは、ＭＩＮ−ＭＡＸ機能を実行可能な、即ち、Ｎ個のセルの電圧を測定する必要をまったく有さずに、最小セル電圧Ｕ_Ｃｍｉｎ及び最大セル電圧Ｕ_Ｃｍａｘを決定可能で、直接、電子制御ユニットＥＣＵに対して送達可能な、構成要素である。この第１のモジュール１０は、アナログ構成要素またはソフトウェア構成要素であり得る。第１のモジュール１０は、好ましくは、値Ｕ_Ｃｍｉｎ及びＵ_Ｃｍａｘを有する２つのセルを特定することが可能であり、それによって、なお同様に正確でありながらもより少ない計算能力しか必要としない方法を採ることを可能にする。

【0028】

システムはまた、バッテリの電流の測定値Ｉ_ＢＡＴを提供可能な電流センサ（図示せず）、及びバッテリの温度の１以上の測定値Ｔ_ＢＡＴを提供可能な１以上の温度センサ（図示せず）も備える。

【0029】

そのため、電子制御ユニットＥＣＵは通常、電流測定値Ｉ_ＢＡＴ、バッテリの温度測定値Ｔ_ＢＡＴ並びに、最小セル電圧Ｕ_Ｃｍｉｎ及び最大セル電圧Ｕ_Ｃｍａｘを収集する。電子制御ユニットＥＣＵは、第２の評価モジュール２０によって、最小セル電圧Ｕ_Ｃｍｉｎ、電流測定値Ｉ_ＢＡＴ、及びバッテリの温度測定値Ｔ_ＢＡＴに基づいて、セルの最小充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎを計算する。第３の評価モジュール３０は、最大セル電圧Ｕ_Ｃｍａｘ、電流測定値Ｉ_ＢＡＴ、及びバッテリの温度測定値Ｔ_ＢＡＴに基づいて、セルの最大充電状態ＳＯＣ_ｍａｘを計算する。これらの第２及び第３の評価モジュール２０、３０は、当該３つの値に基づいて、セルの充電状態の評価、それぞれＳＯＣ_ｍｉｎ、ＳＯＣ_ｍａｘを計算する。最大充電状態ＳＯＣ_ｍａｘ及び最小充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎは、通常、カルマンフィルタリングによって、または当業者に知られた任意の他の手法によって、バッテリの電流Ｉ_ＢＡＴを統合することによって評価される。

【0030】

好ましくは電子制御ユニットＥＣＵ内にある第４の計算モジュール４０は、セルの健全性、とりわけセルの経年状態に関する情報を受信する。この第４の計算モジュール４０に入力される物理量は、セル電圧、電流測定値Ｉ_ＢＡＴ、バッテリの温度測定値Ｔ_ＢＡＴ、セルの放電時間、バッテリパックの最大容量、バッテリの内部抵抗の増加の評価、または、セル及びバッテリパックの経年の特徴を示す任意の他の量である。第４のモジュール４０による、最小許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍｉｎ及び前記最大許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍａｘの計算は、特定された２つのセルの付近の温度を考慮に入れることによって、及びその最大容量を使用することによって、さらに精密化され得る。

【0031】

これらの物理量のうちの少なくとも１つに基づいて、この第４のモジュール４０は、セルの使用範囲を規定する、最小許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍｉｎ及び前記最大許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍａｘを調整し、それによって当該セルの経年状態を考慮に入れることを可能にする。このタイプの配置は、バッテリの使用可能エネルギーの最大量を実質的に一定のレベルで維持するのに役立つ。

【0032】

一実施形態においては、最小許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍｉｎと最大許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍａｘとの間で規定される使用範囲は、セルの健全性及びセルの経年の進行に応じて、より広くなる。別の実施形態においては、前記使用範囲は、バッテリの温度が比較的低く既定の温度閾値を下回る場合に、例えばＯ°Ｃといった寒冷条件下での、性能に関連する特性、及び／または、バッテリを構成する電気化学セルの経年に応じて、限定される。使用範囲を変更するためにこの情報を処理するのは、第４のモジュール４０である。

【0033】

電子制御ユニットＥＣＵ内の第５の評価モジュール５０は、一方で、前記第２及び第３の評価モジュール２０、３０によって提供された最小充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎ及び最大充電状態ＳＯＣ_ｍａｘの評価を、また他方では、最小許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍｉｎ及び最大許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍａｘを受信し、これらの値に基づいて、バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋの評価を計算する。この第５の評価モジュール５０の機能の１つは、セルが最大値ＢＳＯＣ_ｍａｘに近づいたときにより大きな重みを情報ＳＯＣ_ｍａｘに与え、反対に、セルが最小値ＢＳＯＣ_ｍｉｎに近づいたときにより大きな重みを情報ＳＯＣ_ｍｉｎに与えるように、（各セルのＳＯＣの使用範囲を規定する）信号ＢＳＯＣ_ｍｉｎ及びＢＳＯＣ_ｍａｘに応じて値ＳＯＣ_ｍｉｎ、ＳＯＣ_ｍａｘを重みづけすることである。これらの２つの極端なケースの間で、バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋは、セルの値ＳＯＣ_ｍｉｎ及びＳＯＣ_ｍａｘに制限されて、値を急に変化させることなく、連続的に変化しなければならない。名目的な使用範囲の外では、即ち、最低の程度まで充電されたセルがＢＳＯＣ_ｍｉｎよりも低い充電状態ＳＯＣに達したとき、または最高の程度まで充電されたセルがＢＳＯＣ_ｍａｘよりも高い充電状態ＳＯＣに達したときには、バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋは、最も制限的なセルの変化量（それぞれＳＯＣ_ｍｉｎまたはＳＯＣ_ｍａｘ）に従わなければならない。

【0034】

この結果に到達するため、第５のモジュール５０は、アルゴリズムを実施する。

【0035】

幾つかの場合において、
・ ＳＯＣ_ｍｉｎ≧ＢＳＯＣ_ｍｉｎ且つＳＯＣ_ｍａｘ≦ＢＳＯＣ_ｍａｘの場合、以下の式が当てはまる。

ここでは、ＳＯＣ_ｍｉｎ、ＳＯＣ_ｍａｘ、ＢＳＯＣ_ｍｉｎ、及びＢＳＯＣ_ｍａｘは、それぞれ、最小充電状態、最大充電状態、最小許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍｉｎ、及び最大許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍａｘの、不連続の時点ｋにおける標本値である。
・ ＳＯＣ_ｍｉｎ＜ＢＳＯＣ_ｍｉｎ且つＳＯＣ_ｍａｘ≦ＢＳＯＣ_ｍａｘの場合、以下の関係が当てはまる。

・ ＳＯＣ_ｍｉｎ≧ＢＳＯＣ_ｍｉｎ且つＳＯＣ_ｍａｘ＞ＢＳＯＣ_ｍａｘの場合、以下の関係が当てはまる。

・ ＳＯＣ_ｍｉｎ＜ＢＳＯＣ_ｍｉｎ且つＳＯＣ_ｍａｘ＞ＢＳＯＣ_ｍａｘの場合、バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋは、利用不能と考えられる。当該バッテリは、非平衡であると言われる。なぜならば、最高の程度まで充電されたセルが最大許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍａｘを超過している一方、最低の程度まで充電されたセルは最小許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍｉｎを下回っているからである。このタイプのバッテリは実際には使用不能で、少なくとも再平衡化を必要とする。

【0036】

バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋを評価するためにこのタイプのアルゴリズムを使用することによって、２つの異なる値ＢＳＯＣ_ｍｉｎ及びＢＳＯＣ_ｍａｘが図４及び５に示す変動をとることが可能になる。即ち、ＳＯＣ_ｐａｃｋはＳＯＣ_ｍｉｎとＳＯＣ_ｍａｘの間で連続的に変動し、ＢＳＯＣ_ｍｉｎに近づくときにＳＯＣ_ｍｉｎ値に寄っていき、ＢＳＯＣ_ｍａｘに近づくときにＳＯＣ_ｍａｘに寄っていく。正常ゾーンの外では、ＳＯＣ_ｐａｃｋはＳＯＣ_ｍｉｎに等しいか（ＳＯＣ_ｍｉｎ＜ＢＳＯＣ_ｍｉｎの場合）、またはＳＯＣ_ｍａｘに等しい（ＳＯＣ_ｍａｘ＞ＢＳＯＣ_ｍａｘの場合）。

【0037】

図４は、０．２に等しい値ＢＳＯＣ_ｍｉｎと、０．８に等しい値ＢＳＯＣ_ｍａｘとの間の使用範囲における、バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋの評価結果を示す。本発明による評価方法及び／またはシステムに関して、バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋが、０．２以下の値に関しては最小充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎを追随し、０．８以上の値に関しては最大充電状態ＳＯＣ_ｍａｘを追随することは、留意される。バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋは、セルの健全性に応じて変更され得る使用範囲に、自動的に適合する。

【0038】

図５は、０．３に等しい値ＢＳＯＣ_ｍｉｎと、０．７に等しい値ＢＳＯＣ_ｍａｘとの間の使用範囲における、バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋの同等の評価結果を示す。バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋの変動は予測された変動に一致し、評価は変更された使用範囲に、自動的に適合する。

【0039】

結果が図２及び３に示されている先行技術の方法と比較すると、ここでのバッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋの評価は、十分ではない。実際、最低の程度まで充電されたセルのバッテリの充電状態ＳＯＣ_ｍｉｎが０．２（即ち最小許容充電状態値ＢＳＯＣ_ｍｉｎ）に達するとき、当該バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋは０．２より厳密に大きい。同様に、最高の程度まで充電されたセルのバッテリの充電状態ＳＯＣ_ｍａｘが０．８に達するとき、当該バッテリの充電状態ＳＯＣ_ｐａｃｋは０．８より厳密に小さい。この先行技術の方法では、これらの使用範囲は考慮に入れられない。結果として、この方法では、セルの健全性や、時間の経過に伴う経年状態の進行は考慮に入れられない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】