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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023175808
(43)【公開日】2023-12-12
(54)【発明の名称】リアルタイム電池故障検出及び健全性状態監視
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20231205BHJP
H01M 10/48 20060101ALI20231205BHJP
G01R 31/367 20190101ALI20231205BHJP
G01R 31/382 20190101ALI20231205BHJP
G01R 31/3828 20190101ALI20231205BHJP
G01R 31/385 20190101ALI20231205BHJP
G01R 31/387 20190101ALI20231205BHJP
G01R 31/389 20190101ALI20231205BHJP
G01R 31/392 20190101ALI20231205BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 Y
H01M10/48 P
H01M10/48 301
G01R31/367
G01R31/382
G01R31/3828
G01R31/385
G01R31/387
G01R31/389
G01R31/392
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023149077
(22)【出願日】2023-09-14
(62)【分割の表示】P 2022549359の分割
【原出願日】2021-03-10
(31)【優先権主張番号】62/988,853
(32)【優先日】2020-03-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/196,848
(32)【優先日】2021-03-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】520504231
【氏名又は名称】ウィスク アエロ エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ホム、ルイス ロメオ
(57)【要約】
【課題】電池の健全性及び動作の様々な態様をリアルタイム自動監視する方法。
【解決手段】本発明は、電池セルの状態を監視するための方法であって、電池セルの１つ又は複数の健全性状態パラメータの現在値を決定するステップと、電池セルの複数の動作状態パラメータの値を測定するステップと、現在値よりも良好な健全性状態に対応する楽観値に基づいて楽観的電位を計算するステップと、現在値よりも悪い健全性状態に対応する悲観値に基づいて悲観的電位を計算するステップと、電池セルの実際の電位が楽観的電位及び悲観的電位によって定義される包絡線内に実質的にあるかどうかを決定するステップと、実際の電位が包絡線内に実質的にない場合にモデル故障通知を生成するステップとを含む。
【選択図】図４
【解決手段】本発明は、電池セルの状態を監視するための方法であって、電池セルの１つ又は複数の健全性状態パラメータの現在値を決定するステップと、電池セルの複数の動作状態パラメータの値を測定するステップと、現在値よりも良好な健全性状態に対応する楽観値に基づいて楽観的電位を計算するステップと、現在値よりも悪い健全性状態に対応する悲観値に基づいて悲観的電位を計算するステップと、電池セルの実際の電位が楽観的電位及び悲観的電位によって定義される包絡線内に実質的にあるかどうかを決定するステップと、実際の電位が包絡線内に実質的にない場合にモデル故障通知を生成するステップとを含む。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電池セルの状態を監視するための方法であって、
電池セルの１つ又は複数の健全性状態パラメータの現在値を決定するステップと、
前記電池セルの実際の電位を測定するステップを含み、前記電池セルの複数の動作状態パラメータの値を測定するステップと、
セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記測定値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの、前記現在値よりも良好な健全性状態に対応する楽観値に基づいて楽観的電位を計算するステップと、
前記セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記測定値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの、前記現在値よりも悪い健全性状態に対応する悲観値に基づいて悲観的電位を計算するステップと、
前記電池セルの前記実際の電位が前記楽観的電位及び前記悲観的電位によって定義される包絡線内に実質的にあるかどうかを決定するステップと、
前記実際の電位が前記包絡線内に実質的にない場合にモデル故障通知を生成するステップと
を含む、方法。
電池セルの１つ又は複数の健全性状態パラメータの現在値を決定するステップと、
前記電池セルの実際の電位を測定するステップを含み、前記電池セルの複数の動作状態パラメータの値を測定するステップと、
セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記測定値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの、前記現在値よりも良好な健全性状態に対応する楽観値に基づいて楽観的電位を計算するステップと、
前記セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記測定値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの、前記現在値よりも悪い健全性状態に対応する悲観値に基づいて悲観的電位を計算するステップと、
前記電池セルの前記実際の電位が前記楽観的電位及び前記悲観的電位によって定義される包絡線内に実質的にあるかどうかを決定するステップと、
前記実際の電位が前記包絡線内に実質的にない場合にモデル故障通知を生成するステップと
を含む、方法。
【請求項2】
前記電池セルが負荷に電力供給している間に前記方法がリアルタイムで実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記電池セルが充電している間に前記方法がリアルタイムで実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記電池セルがアクティブに使用されている間に前記モデル故障通知がリアルタイムで生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記動作状態パラメータが、前記電池セルを通る電流及び前記電池セルの温度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記１つ又は複数の健全性状態パラメータが、
前記電池セルの内部抵抗と、
前記電池セルの充電容量とを
含む、請求項１に記載の方法。
前記電池セルの内部抵抗と、
前記電池セルの充電容量とを
含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
電池がアクティブに使用されている間に前記健全性状態パラメータの１つ又は複数の値を推定するステップと、
前記推定値を前記健全性状態パラメータの前記現在値として記憶するステップと
を更に含む、請求項６に記載の方法。
前記推定値を前記健全性状態パラメータの前記現在値として記憶するステップと
を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記セル状態モデルが等価セル回路モデルである、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記測定値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの前記現在値に基づいて、前記電池セルの予測電位を計算するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
電池監視システムであって、
電池セルの電池センサからセンサデータを受信する電池インタフェースと、
出力データを制御システムに提供するための制御システムインタフェースと、
メモリと、
前記メモリ、前記電池インタフェース、及び前記制御システムに結合されたプロセッサであって、
電池セルの１つ又は複数の状態パラメータの現在値を決定し、
前記電池セルの、実際の電位を含む複数の動作状態パラメータの値を含むセンサデータを受信し、
セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの、前記現在値よりも良好な健全性状態に対応する楽観値に基づいて楽観的電位を計算し、
前記セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの、前記現在値よりも悪い健全性状態に対応する悲観値に基づいて悲観的電位を計算し、
前記電池セルの前記実際の電位が前記楽観的電位及び前記悲観的電位によって定義される包絡線内に実質的にあるかどうかを決定し、
前記実際の電位が前記包絡線内に実質的にない場合にモデル故障通知を生成する
ように構成されたプロセッサと
を備える、電池監視システム。
電池セルの電池センサからセンサデータを受信する電池インタフェースと、
出力データを制御システムに提供するための制御システムインタフェースと、
メモリと、
前記メモリ、前記電池インタフェース、及び前記制御システムに結合されたプロセッサであって、
電池セルの１つ又は複数の状態パラメータの現在値を決定し、
前記電池セルの、実際の電位を含む複数の動作状態パラメータの値を含むセンサデータを受信し、
セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの、前記現在値よりも良好な健全性状態に対応する楽観値に基づいて楽観的電位を計算し、
前記セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの、前記現在値よりも悪い健全性状態に対応する悲観値に基づいて悲観的電位を計算し、
前記電池セルの前記実際の電位が前記楽観的電位及び前記悲観的電位によって定義される包絡線内に実質的にあるかどうかを決定し、
前記実際の電位が前記包絡線内に実質的にない場合にモデル故障通知を生成する
ように構成されたプロセッサと
を備える、電池監視システム。
【請求項11】
前記プロセッサが、前記センサデータを受信し、前記楽観的電位を計算し、前記悲観的電位を計算し、前記電池セルの前記実際の電位が実質的に前記包絡線内にあるかどうかを決定し、前記電池セルがアクティブに使用されている間にリアルタイムで前記モデル故障通知を生成するように構成される、請求項１０に記載の電池監視システム。
【請求項12】
前記センサデータが、前記電池セルを通る電流と前記電池セルの温度とを含む、請求項１０に記載の電池監視システム。
【請求項13】
前記１つ又は複数の健全性状態パラメータが、
前記電池セルの内部抵抗と
前記電池セルの充電容量と
を含む、請求項１０に記載の電池監視システム。
前記電池セルの内部抵抗と
前記電池セルの充電容量と
を含む、請求項１０に記載の電池監視システム。
【請求項14】
前記プロセッサが、前記電池セルが負荷に電力を供給している間に前記センサデータを使用して１つ又は複数の前記状態パラメータの値を推定し、前記推定値を前記状態パラメータの前記現在値として記憶するように更に構成される、請求項１３に記載の電池監視システム。
【請求項15】
電池監視システム内のプロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
電池セルの１つ又は複数の健全性状態パラメータの現在値を決定するステップと、
前記電池セルの実際の電位を測定するステップを含み、前記電池セルの複数の動作状態パラメータの値を測定するステップと、
セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの、前記現在値よりも良好な健全性状態に対応する楽観値に基づいて楽観的電位を計算するステップと、
前記セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの、前記現在値よりも悪い健全性状態に対応する悲観値に基づいて悲観的電位を計算するステップと、
前記電池セルの前記実際の電位が前記楽観的電位及び前記悲観的電位によって定義される包絡線内に実質的にあるかどうかを決定するステップと、
前記実際の電位が前記包絡線内に実質的にない場合にモデル故障通知を生成するステップと
を含む方法を実行させるプログラム命令をその中に記憶している、コンピュータ可読記憶媒体。
電池セルの１つ又は複数の健全性状態パラメータの現在値を決定するステップと、
前記電池セルの実際の電位を測定するステップを含み、前記電池セルの複数の動作状態パラメータの値を測定するステップと、
セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの、前記現在値よりも良好な健全性状態に対応する楽観値に基づいて楽観的電位を計算するステップと、
前記セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの、前記現在値よりも悪い健全性状態に対応する悲観値に基づいて悲観的電位を計算するステップと、
前記電池セルの前記実際の電位が前記楽観的電位及び前記悲観的電位によって定義される包絡線内に実質的にあるかどうかを決定するステップと、
前記実際の電位が前記包絡線内に実質的にない場合にモデル故障通知を生成するステップと
を含む方法を実行させるプログラム命令をその中に記憶している、コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項16】
前記電池セルがアクティブに使用されている間に前記方法がリアルタイムで実行される、請求項５５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項17】
前記１つ又は複数の健全性状態パラメータが、
前記電池セルの内部抵抗と、
前記電池セルの充電容量と
を含む、請求項１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
前記電池セルの内部抵抗と、
前記電池セルの充電容量と
を含む、請求項１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項18】
前記方法が、
電池がアクティブに使用されている間に健全性状態パラメータの１つ又は複数の値を推定するステップと、
前記推定値を前記健全性状態パラメータの前記現在値として記憶するステップと
を更に含む、請求項１７に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
電池がアクティブに使用されている間に健全性状態パラメータの１つ又は複数の値を推定するステップと、
前記推定値を前記健全性状態パラメータの前記現在値として記憶するステップと
を更に含む、請求項１７に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項19】
前記方法が、セル状態モデル、前記動作状態パラメータの第１のサブセットの前記測定値、及び前記１つ又は複数の健全性状態パラメータの前記現在値に基づいて、前記電池セルの予測電位を計算するステップを更に含む、請求項１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項20】
前記動作状態パラメータが、前記電池セルを通る電流及び前記電池セルの温度を含む、請求項１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年３月１２日に出願された米国仮出願第６２／９８８，８５３号及び２０２１年３月９日に出願された米国特許出願第１７／１９６，８４８号の優先権を主張し、これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年３月１２日に出願された米国仮出願第６２／９８８，８５３号及び２０２１年３月９日に出願された米国特許出願第１７／１９６，８４８号の優先権を主張し、これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、一般に、電池監視に関し、特に、電池の健全性及び性能をリアルタイムで監視するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0003】
電池は、蓄えられた化学エネルギーを電気エネルギーに変換することができる電気化学装置である。リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池、ニッケルカドミウム電池、アルカリ電池などを含む電池技術の多数の例がこの技術分野で公知である。電池は、多くのサイズと様々な動作特性（例えば、電圧（又は電位）、最大電流、充電容量など）を持つものが作られている。高電圧や大充電容量に対応するため、複数の電池セルを電気的に直列及び／又は並列接続することによって電池パックを作ることができる。技術によっては、充電電流源に接続することで充電できるタイプの電池もある。
【0004】
電池（特にリチウムイオン電池）は、自動車、航空機、船舶などのビークルのモータを駆動させるためのポータブル電源としてなど、多種多様な用途に利用されている。場合によっては、電池又は電池パックがビークルの唯一の電源である場合がある。電池電力のみで駆動するビークルは、電池が故障した場合、その駆動力を突然失う可能性がある。電池が故障したときのビークルの状態によって、その結果は不便なことから悲惨なことまで影響が及ぶ可能性がある。したがって、電池性能を監視し、問題を示唆する状態を検出し、電池が故障する前に修理や交換ができるようにすることが望ましい場合がある。
【発明の概要】
【0005】
本明細書では、電池の健全性及び動作の様々な態様のリアルタイムの自動監視を提供することができる電池監視システム及び方法の例（又は実施形態）を説明する。様々な実施形態では、電池の健全性及び動作の異なる態様を監視することができる。例えば、電池監視システムは、等価セル回路モデルを使用して、実際の動作条件（例えば、特定の負荷電流又は特定の温度での充電電流）下での電池セルの予想される挙動（例えば、セルの電位又は電圧）を定義する範囲（又は「包絡線」）をリアルタイムで予測することができる。予測値をセルの実際の挙動（例えば、セルの測定された電位）と比較して、本明細書では「モデル故障」状態と呼ばれる潜在的な問題が存在するかどうかを決定することができる。別の例として、電池監視システムは、充電容量や内部抵抗などの電池の健全性状態パラメータの推定値を維持することができ、これらの推定値は、電池が放電及び／又は充電されている間にリアルタイムで更新され、健全性状態パラメータの異常な変動は、「疑わしいパラメータ」故障を示唆することができる。電池監視システムは、検出された故障をリアルタイムで通知することができ、迅速な是正措置が可能となる。
【0006】
いくつかの実施形態によれば、電池セルの充電容量を監視するための方法は、電池セルがアイドル状態にある間に電池セルの初期充電状態を決定するステップと、その後、電池セルがアクティブ状態である間に電池セルから又は電池セルに移動する総電荷量を監視するステップ（例えば、電池セルから負荷に電荷が移動する放電状態、又は、外部電源から電池セルに電荷が移動する充電状態）と、電池セルが前記アイドル状態に戻った後に電池セルの最終充電状態を決定するステップと、初期充電状態、最終充電状態、及び移動した総電荷量を使用して、フィルタリングされていない充電容量値を計算するステップと、フィルタリングされていない充電容量値を使用して充電容量推定値を更新するステップとを含むことができる。
【0007】
いくつかの実施形態では、前の推定値に対する充電容量推定値の変化の大きさを計算することができ、充電容量の変化の大きさが閾値を超えた場合、セル容量故障通知を生成することができる。
【0008】
いくつかの実施形態では、初期充電状態を決定するステップは、電池セルが初期アイドル状態にある間に電池セルの初期セル電位及び初期セル温度を測定するステップと、初期セル電位及び初期セル温度を使用して等価セル回路モデルに基づいて電池セルの充電状態を計算するステップとを含むことができる。
【0009】
いくつかの実施形態では、最終充電状態を決定するステップは、電池セルがアイドル状態に戻ったときに電池セルの最終セル電位及び最終セル温度を測定するステップと、最終セル電位及び最終セル温度を使用して等価セル回路モデルに基づいて電池セルの充電状態を計算するステップとを含むことができる。
【0010】
いくつかの実施形態では、電池セルがアクティブ状態にある間に移動した総電荷量を監視するステップは、電池セルを通る電流を一定の時間間隔で測定するステップと、測定された電流と一定の時間間隔によって定義される時間ステップとの積を移動した電荷の累積値に加算するステップとを含む。
【0011】
いくつかの実施形態では、充電容量推定値を更新するステップは、フィルタリングされていない充電容量値及び前に記憶された充電容量推定値に無限インパルス応答フィルタを適用するステップを含むことができる。
【0012】
いくつかの実施形態によれば、電池セルの内部抵抗を監視するための方法は、電池セルのアイドル状態からアクティブ状態への移行（これは、例えば、充電状態又は放電状態であり得る）の検出に応答して、記憶された値を使用して内部抵抗のランニング推定値を初期化するステップと、電池セルがアクティブ状態にある間に電池セルの電位、電流、及び温度を測定するステップと、測定された電位、電流、及び温度に基づいて内部抵抗のランニング推定値を反復的に更新するステップと、電池セルのアクティブ状態からアイドル状態への移行の検出に応答して、記憶された値とランニング推定値の最終値とに基づいて内部抵抗の変化を計算するステップと、ランニング推定値の最終値を使用して記憶された値を更新するステップとを含むことができる。
【0013】
いくつかの実施形態では、内部抵抗の変化が閾値を超えた場合、セル抵抗故障通知を生成することができる。
【0014】
いくつかの実施形態では、測定された電位、電流、及び温度に基づいて内部抵抗のランニング推定値を反復的に更新するステップは、反復更新毎に、測定された電位、電流、及び温度が所定の有効範囲内にあるかどうかを決定するステップを含むことができる。測定された電位、電流、及び温度が所定の有効範囲内にある場合、等価セル回路モデルに基づいて内部抵抗の生の推定値を計算することができ、生の推定値及び直前の時間ステップの前のランニング推定値を使用してランニング推定値を更新することができる。いくつかの実施形態では、生の推定値は、妥当な値の範囲と比較され、生の推定値が妥当と思われる値の範囲内にある場合にのみランニング推定値を更新するために使用される。測定された電位、電流、又は温度のうちの１つ又は複数が所定の有効範囲内にない場合、本方法は、ランニング推定値を更新せずに次の時間ステップを待つステップを含むことができる。
【0015】
いくつかの実施形態では、ランニング推定値を更新するステップは、生の推定値及び前のランニング推定値に無限インパルス応答フィルタを適用するステップを含むことができる。
【0016】
いくつかの実施形態によれば、電池セルの状態を監視するための方法は、電池セルの１つ又は複数の健全性状態パラメータ（例えば、電池セルの内部抵抗、電池セルの充電容量）の現在値を決定するステップと、電池セルの実際の電位を測定することを含み、電池セルの複数の動作状態パラメータ（例えば、電池セルを通る電流、電池セルの温度）の値を測定するステップと、セル状態モデル（例えば、等価セル回路モデル）、動作状態パラメータの第１のサブセットの測定値、及び１つ又は複数の健全性状態パラメータの、現在値よりも良好な健全性状態に対応する楽観値に基づいて楽観的電位を計算するステップと、セル状態モデル、動作状態パラメータの第１のサブセットの測定値、及び１つ又は複数の健全性状態パラメータの、現在値よりも悪い健全性状態に対応する悲観値に基づいて悲観的電位を計算するステップと、電池セルの実際の電位が楽観的電位及び悲観的電位によって定義される包絡線内に実質的にあるかどうかを決定するステップと、実際の電位が包絡線内に実質的にない場合、モデル故障通知を生成するステップとを含むことができる。様々な実施形態では、本方法は、電池セルが負荷に電力供給している間及び／又は電池セルが充電している間にリアルタイムで実行することができる。モデル故障通知は、電池がアクティブに使用されている（負荷に電力供給している、及び／又は充電している）間にリアルタイムで生成することができる。いくつかの実施形態では、電池セルの予測電位は、セル状態モデル、動作状態パラメータの第１のサブセットの測定値、及び１つ又は複数の健全性状態パラメータの現在値に基づいて計算することもできる。
【0017】
いくつかの実施形態では、電池セルの充電容量及び／又は内部抵抗の推定値は、本明細書に記載の技術に従って電池がアクティブに使用されている間に決定することができ、これらの推定値は状態監視方法で使用することができる。
【0018】
上記又は他の方法のいずれか又は全て、又はこれらの任意の組合せは、電池が負荷に電力供給している間及び／又は電池が充電している間を含み、電池がアクティブに使用されているかどうかに拘わらず動作することができる、（ハードウェア、ソフトウェア／ファームウェア、又はこれらの任意の組合せを使用した）リアルタイム電池監視システムで実装することができる。いくつかの実施形態では、電池監視システムは、上記又は他の方法のいずれかの結果に基づいて、警告を生成するか、又は他のアクションを実行することができる。
【0019】
以下の詳細な説明は、添付の図面と共に、特許請求された発明の性質及び利点のより良い理解を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】いくつかの実施形態による電池監視のための動作環境の高レベルのブロック図である。
【図2】いくつかの実施形態による電池バンクの簡略概略図である。
【図3】いくつかの実施形態による電池監視システムの一例を示す。
【図4】いくつかの実施形態による、セル挙動をモデル化し、モデル故障を検出するためのプロセスのフロー図である。
【図5】いくつかの実施形態による、航空機に電力供給するために使用される電池セルの、時間の関数としてのセル電位の例示的なプロットを示す。
【図6】いくつかの実施形態による、放電事象に基づいてセルの充電容量を推定するためのプロセスのフロー図である。
【図7】いくつかの実施形態による、放電事象に基づいてセルの内部抵抗を推定するためのプロセスのフロー図である。
【図8】いくつかの実施形態による、内部抵抗のランニング推定値を反復的に更新するためのプロセスのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の例示的な実施形態の以下の説明は、例示及び説明の目的で提示されている。網羅的であること、又は特許請求される発明を説明された正確な形態に限定することは意図されておらず、当業者は、多くの修正及び変形が可能であることを理解するであろう。実施形態は、本発明の原理及びその実用的用途を最もよく説明し、それによって当業者が、企図される特定の用途に適した様々な実施形態で、及び様々な修正を伴って、本発明を最もよく利用するために選択及び説明されている。
【0022】
システム概要
図１は、いくつかの実施形態による電池監視のための動作環境１００の高レベルのブロック図を示す。環境１００は、例えば、航空機、船舶、鉄道、自動車、トラック、オフロードビークルなどの電動ビークルとすることができる。環境１００は、電気負荷１０４に電力供給する電池１０２を含む。電池１０２は、リチウムイオン電池、鉛電池、ニッケル水素電池などを含む任意のタイプの電池とすることができる。電池１０２は、単一の電池セルとして、又は必要に応じて直列及び／又は並列に互いに接続された複数の電池セルを含む電池パックとして実装することができる。（本明細書で使用される場合、「電池セル」又は「セル」という用語は、独立型電池、又は電池パックの場合では電池パック内のいくつかの独立した交換可能な電池ユニットのうちの１つを含むものとして理解することができる。）電気負荷１０４は、例えば、ビークルのモータ（又はエンジン）、又は任意の他の電池駆動の機構もしくは装置を含むことができる。電気負荷１０４は、異なる時間に電池１０２から様々な量の電力を引き出すことができる。例えば、ビークルのモータは、ビークルが静止しているときや一定速度で移動しているときよりも、ビークルが加速しているときに多くの動力を消費する可能性がある。
図１は、いくつかの実施形態による電池監視のための動作環境１００の高レベルのブロック図を示す。環境１００は、例えば、航空機、船舶、鉄道、自動車、トラック、オフロードビークルなどの電動ビークルとすることができる。環境１００は、電気負荷１０４に電力供給する電池１０２を含む。電池１０２は、リチウムイオン電池、鉛電池、ニッケル水素電池などを含む任意のタイプの電池とすることができる。電池１０２は、単一の電池セルとして、又は必要に応じて直列及び／又は並列に互いに接続された複数の電池セルを含む電池パックとして実装することができる。（本明細書で使用される場合、「電池セル」又は「セル」という用語は、独立型電池、又は電池パックの場合では電池パック内のいくつかの独立した交換可能な電池ユニットのうちの１つを含むものとして理解することができる。）電気負荷１０４は、例えば、ビークルのモータ（又はエンジン）、又は任意の他の電池駆動の機構もしくは装置を含むことができる。電気負荷１０４は、異なる時間に電池１０２から様々な量の電力を引き出すことができる。例えば、ビークルのモータは、ビークルが静止しているときや一定速度で移動しているときよりも、ビークルが加速しているときに多くの動力を消費する可能性がある。
【0023】
制御システム１０６は、負荷１０４と通信する。例えば、制御システム１０６は、例えば、モータ速度を増減させるために、又は任意の電力消費する構成要素の動作状態を有効化、無効化、又は変更するために、負荷１０４に命令を送信することができる。制御システム１０６はまた、その動作状態、発生する可能性のある異常状態などを示唆するフィードバックを負荷１０４から受信することもできる。制御システム１０６はまた、表示画面、表示灯、スピーカ、人間が操作可能な制御装置（例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーン又はタッチパッド、ジョイスティック、制御ホイール、フットペダルなど）などの人間インタフェース構成要素を含むこともできる。制御システム１０６は、負荷１０４に対して局所的であり（例えば、負荷１０４がモータを含むビークル内にある）、又は負荷１０４から遠隔に位置し、短距離又は長距離ネットワーク接続を含む適切な接続を介して通信することができる。いくつかの実施形態では、制御システム１０６は、局所的要素と遠隔要素の両方を含むことができる。例えば、環境１００は、動作する場所以外の場所から監視及び誘導される自律型又は遠隔操縦ビークルとすることができる。
【0024】
いくつかの実施形態では、電池１０２は、電池１０２を充電器１１０などの充電電源に接続することによって充電することができる充電式電池である。充電器１１０は、電池１０２によって蓄えられる電力（又は充電）を外部供給源（例えば、標準的な壁面コンセント又は電池１０２の外部の任意の他の電源）から供給することができる任意のシステム又は装置を含むことができ、多数の例が当技術分野で知られている。充電器１１０はまた、いつ、どのくらいの電力を供給するかを含む、充電器１１０の動作を制御する制御回路を含むこともできる。いくつかの実施形態では、電池１０２は、特定の時間に充電器１１０に結合され、他の時間に充電器１１０から切り離すことができるので、充電器１１０は破線を使用して示されている。実施態様によっては、電池１０２は、充電器１１０から電力を受け取りながら、負荷１０４に電力供給することができても、できなくてもよい。いくつかの実施形態では、制御システム１０６は、充電器１１０の動作を電池１０２の負荷－電力供給動作と調整することができる。
【0025】
電池監視システム１０８は、電池１０２、制御システム１０６、及び充電器１１０に結合することができる。電池１０２には、電位、電流（電池が充電されているか放電されているかに応じて、いずれの方向にも流れることができる）、及び動作温度など、電池又は個々のセルの様々な状態パラメータを測定するためのセンサを装備することができる。電池監視システム１０８は、リアルタイムで（例えば、負荷１０４が電池１０２から電力を引き出している間に）電池１０２から測定された状態パラメータを受信することができる。状態パラメータに基づいて、電池監視システム１０８は、電池又は個々のセルの健全性状態パラメータ（例えば、充電容量及び／又は内部抵抗）の値を決定するために、及び／又は電池性能が予想される挙動と一致するかどうかを検出するために、様々な計算を実行することができる。電池監視システム１０８で実装可能な計算の例を以下に説明する。計算結果に基づいて、電池監視システム１０８は、電池状態情報を制御システム１０６及び／又は充電器１１０に提供することができる。電池状態情報は、例えば、電池１０２から報告された測定状態パラメータ、電池監視システム１０８によって計算された健全性状態パラメータの値、実際の電池挙動を予想される電池挙動のモデルと比較する情報、電池性能のいくつかの態様が予想から逸脱したことを示唆する「故障」通知、及び／又は電池監視システム１０８で利用可能な他の任意の情報の任意の組合せを含むことができる。制御システム１０６及び／又は充電器１１０は、この情報を使用して、環境１００のオペレータに対して警告を生成し、電池状態情報に基づいて負荷１０４の動作を変更し、電池状態情報に基づいて充電器１１０の動作（例えば、電池１０２に充電電力が供給される速度）を変更し、電池１０２の電池履歴情報を維持し、及び／又は制御システム１０６にプログラムされ得る他の応答動作を行うことができる。
【0026】
一具体例では、動作環境１００は、局所的制御下又は遠隔制御下で飛行することができる電池駆動航空機に対応する。負荷１０４は航空機のモータを含むことができ、電池１０２はモータ用電源とすることができる。このような環境では、電池１０２の信頼性は、航空機が安全に飛行を完了することを可能にするために重要である。高い信頼性で必要な量の電力を供給するために、電池１０２は、並列に配置された（冗長性を提供することができる）複数の電池パックで構成された高電圧電池バンクを含むことができ、各電池パックは、直列及び／又は並列に配置された複数のセルを組み込んでいる。電池監視システム１０８は、例えばセル毎に、又はセルのグループについて、各電池パックの状態に関するリアルタイム情報を提供することができ、電池故障が発生する前に問題を検出し対処することを可能にする。例えば、電池監視システム１０８が故障の通知を生成すると、サービス技術者に通知することができ、次の飛行の前に電池１０２を修理又は交換することができる。この例では、電池１０２を飛行の間の再充電のために充電器１１０に結合することができ、電池監視システム１０８は、充電中に各電池パックの状態に関する情報を提供し続けることができる。
【0027】
動作環境１００は例示的なものであり、限定的なものではないことを理解されたい。任意のタイプの負荷を駆動する任意のタイプの電池（任意の数及び配置の電池セルを含む）は、本明細書に記載の種類のシステム及び方法を使用して監視することができる。
【0028】
図２は、いくつかの実施形態による電池バンク２００の簡略概略図を示す。電池バンク２００は、電池バンク内に組込みシステムとして電池監視システムを組み込んでいる。電池バンク２００は、上記の動作環境１００などの動作環境において、電池１０２として使用することができる。この例では、電池バンク２００は、端子２０４（負荷に接続することができる）と接地点２０６との間に並列に接続された３つの高電圧（ＨＶ）電池パック２０２ａ～２０２ｃを含む。電池パック２０２ａ～２０２ｃは充電可能であり、各電池パック２０２ａ～２０２ｃを充電器に接続するための充電端子２０８が設けられている。
【0029】
電池パック２０２ａ～２０２ｃの各々は、並列に接続された２つのＨＶ電池２１０ａ～２１０ｂを含む。各ＨＶ電池２１０ａ～２１０ｂは、個々の電池セル２１２を含み、これらは、例えば、リチウムイオン電池であり得る。例えば、各セルは、３～５Ｖの動作電圧、１～５０ｍΩの内部抵抗、０～２００ｍＡの動作電流範囲を有し得るが、これらのパラメータは変更することができる。セル２１２の数は、非常に多い可能性がある。この例では、各ＨＶ電池２１０ａ～２１０ｂ内の電池セル２１２は、直列に接続されて多数のセル２１２（例えば、ストリング当たり１４４セル）を有するストリングを形成し、３つの直列ストリングは、各ＨＶ電池２１０ａ～２１０ｂ内で互いに並列に接続されている。電池バンク２００は、セル２１２のいくつかが故障しても電池バンク２００が電力供給し続けることができるように、高い動作電圧（例えば、約４００～８００Ｖの範囲の全体システム電圧）と高レベルの冗長性の両方を提供することができる。
【0030】
各ＨＶ電池２１０はまた、図１の電池監視システム１０８の構成要素とすることができる電池監視システム（ＢＭＳ）基板２２０を含む。各ＢＭＳ基板２２０は、ＨＶ電池２１０内の１つ又は複数のセルの状態を監視するように構成された回路を有するプリント回路基板とすることができる。いくつかの実施形態では、ＢＭＳ基板２２０は、各ＨＶ電池２１０の全てのセルを監視することができる。例えば、各ＨＶ電池２１０は、１２個のＢＭＳ基板２２０を含むことができ、各ＢＭＳ基板は３６個のセルを監視することができる。以下、ＢＭＳ基板２２０に実装可能な構成要素及び動作の例について説明する。
【0031】
電池バンク２００は例示的なものであり、限定的なものではないことを理解されたい。電池システムは、任意の数の電池を含むことができ、各電池は、任意の数のセルを含むことができる。本明細書に説明の電池監視は、個々のセルのレベルで実行することができ、又はセルのグループは、必要に応じてユニットとして監視することができる。
【0032】
図３は、いくつかの実施形態による電池監視システム３００の一例を示す。電池監視システム３００は、例えば、図１の電池監視システム１０８を実装するために使用することができる。いくつかの実施形態では、図２の電池バンク２００の各ＢＭＳ基板２２０は、電池監視システム３００の構成要素の１つ又は複数のインスタンスを含むことができる。
【0033】
電池監視システム３００は、プロセッサ３０２と、メモリ３０４と、電池インタフェース３０６と、制御システムインタフェース３０８とを含む。プロセッサ３０２は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は本明細書に記載の論理演算を実装する他の回路であり得る。いくつかの実施形態では、電池監視システム３００は、組込みシステムとすることができ、以下に説明するように、計算は、小型の低電力プロセッサを使用してリアルタイムで実行できる方法で実施することができる。メモリ３０４は、半導体ベースのメモリ（例えば、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ）、フラッシュメモリ、磁気記憶装置、光学記憶装置、又は他のコンピュータ可読記憶媒体を含むことができる。メモリ３０４は、電池監視システム３００が監視する各電池セルに関する情報を記憶することができる。例えば、メモリ３０４は、セル構成パラメータ３１０及びセル状態パラメータ３１２を記憶することができる。セル構成パラメータ３１０は、特定のセルの寿命にわたって静的又は徐々に変化するパラメータを含む可能性があり、セル状態パラメータ３１２は、電池が使用されるにつれて動的に変化するパラメータを含む可能性がある。メモリ３０４はまた、反復的にセルの状態パラメータを予測するために使用することができるセル状態モデル（例えば、等価セル回路モデル）を記憶することもできる。例えば、セル状態モデルは、前の時間ステップにおける消費電流、温度、内部抵抗、充電容量、及び充電状態に基づいて、所与の時間ステップにおけるセルの充電状態及び分極状態（又は電圧）を予測することができる。いくつかの実施形態では、同じセル状態モデルが全てのセルに適用されるが、異なるセルの予測は、構成パラメータ値及び／又は状態パラメータ値に関するセル間の差異のために異なる可能性がある。別の例として、セル状態モデルを使用して、充電容量及び内部抵抗などの時間の経過と共に変化し得るセル構成パラメータを推定することができる。以下に具体例を示す。
【0034】
電池インタフェース３０６は、プロセッサ３０２が電池インタフェース３０６に接続されたセル（又は電池）のセンサから状態情報を取得することを可能にするハードウェア及び／又はソフトウェア構成要素を含むことができる。状態情報は、例えば、セルの電流、電位、及び動作温度の測定値を含むことができる。いくつかの実施形態では、電池インタフェース３０６は、一定の時間間隔で状態情報を提供する。必要に応じて、この間隔は、現在の動作モードに応じて変えることができる。例えば、状態情報は、電池がアクティブに使用されている間に毎秒１回又は２回、また電池がアイドル状態のときに１時間に３回又は４回提供され得る。いくつかの実施形態では、電池インタフェース３０６は、所望の間隔で状態情報の要求を電池に送信することができる。代替的に、電池セルは、（例えば、アナログ信号として）データを連続的に提供するセンサを有していてもよく、電池インタフェース３０６は、適切な時間にアナログ信号をサンプリングしてデジタル化することができる。プロセッサ３０２は、このようにして得られたセンサデータを使用して、例えば、以下に説明するように、様々な状態パラメータ値を計算することができる。
【0035】
制御システムインタフェース３０８は、プロセッサ３０２が制御システム（例えば、図１の制御システム１０６）に電池状態情報を提供することを可能にするハードウェア及び／又はソフトウェア構成要素を含むことができる。様々な実施形態において、電池状態情報は、電池セルから受信したデータ、データから計算された状態パラメータ、データから計算された構成パラメータ、及び／又は故障通知もしくは他の警告を含むことができ、その例を以下に説明する。
【0036】
電池監視システム３００は例示的なものであり、変形及び修正が可能であることを理解されたい。いくつかの実施形態では、電池監視システム３００は、監視されている各セルについてその構成要素の別個のインスタンスを含むことができ、又は関連するメモリ装置（複数可）を有する単一のプロセッサを使用して複数のセルを監視することができる。本明細書で説明の例では、電池監視は、セルに対して実行されるが、より高いレベル（例えば、直列接続されたセルのグループ、又は電池パックもしくは電池バンク全体）での電池監視は排除されない。電池監視システム３００は、以下に説明する例のいずれか１つ又は複数を含むがこれらに限定されない、任意の数及び組合せの監視動作を実装することができる。いくつかの実施形態では、電池監視システムはまた、較正、自己試験などの他の電池管理動作も対応することができる。
【0037】
動作中、電池監視システム３００などの電池監視システムは、電池状態を監視し、電池（又は特定のセル）の自然な経年劣化（徐々に性能低下させる可能性がある）及び電池性能に影響を与える他の考慮事項を考慮して、電池状態をリアルタイムで評価して、電池（又は特定のセル）が予想通りに動作しているかどうかを決定することができる。次に、電池監視プロセスの一例について説明する。
【0038】
モデル故障検出
１つのタイプの電池監視プロセスは、通常使用中の電池セル挙動の予測及び観察に基づくことができる。電池セルは、一般に、本質的に電気化学的であり、特定の条件、例えば、電流の関数としての電位又は所与の動作電位における電流に対するセルの応答は、等価セル回路モデルなどを使用して定量的にモデル化することができる。したがって、電池監視システムのいくつかの実施形態は、電池動作中の任意の所与の時間におけるセル電位を予測するために、監視されているセルの定量的モデル（本明細書では「セル状態モデル」と呼ばれる）から導出される予測関数を使用することができる。実際の（測定された）セル電位を予測と比較することができ、実際のセル電位が予測と一致しない場合、「モデル故障」通知を生成することができる。
１つのタイプの電池監視プロセスは、通常使用中の電池セル挙動の予測及び観察に基づくことができる。電池セルは、一般に、本質的に電気化学的であり、特定の条件、例えば、電流の関数としての電位又は所与の動作電位における電流に対するセルの応答は、等価セル回路モデルなどを使用して定量的にモデル化することができる。したがって、電池監視システムのいくつかの実施形態は、電池動作中の任意の所与の時間におけるセル電位を予測するために、監視されているセルの定量的モデル（本明細書では「セル状態モデル」と呼ばれる）から導出される予測関数を使用することができる。実際の（測定された）セル電位を予測と比較することができ、実際のセル電位が予測と一致しない場合、「モデル故障」通知を生成することができる。
【0039】
図４は、いくつかの実施形態による、セル挙動をモデル化し、モデル故障を検出するためのプロセス４００のフロー図である。プロセス４００は、例えば、電池監視システム３００又は上記の他の電池監視システムにおいて実装することができる。プロセス４００は、セル状態を監視し、セル状態がセル状態モデルの予測と一致するかどうかを決定するためにリアルタイムで動作することができる。いくつかの実施形態では、プロセス４００は、電池から受信した測定データに基づいて一定の時間間隔で動的に更新される各セルの推定（又は予測）セル状態を維持する。セル状態は、表１で定義された変数を使用して定義及び監視することができ、下付き文字ｋは時間ステップを示す。
【表1】
【0040】
いくつかの実施形態では、表１の表記法を使用して、セル状態モデル更新関数は、以下のように定義される。
［μｋ、Ｖｐｒｅｄ、ｋ］＝ｍｏｄｅｌＵｐｄａｔｅ（μｋ－１、Ｉｋ、Ｃ０、Ｒｉ、Ｔｋ、ｄｔ） （１）
ｍｏｄｅｌＵｐｄａｔｅ（）関数は、前のセル状態、測定された電流及び温度、充電容量Ｃ０及び内部抵抗Ｒｉの推定値、ならびに時間ステップに基づいて、時間ステップｋに対するセルのＳＯＣ及び予測電位を計算する。ｍｏｄｅｌＵｐｄａｔｅ（）関数は、等価セル回路モデルを使用する従来のセル挙動モデルに基づくことができる。このようなモデルの例は当技術分野で知られており、特定のタイプのセルに基づいて適切なモデルを選択することができる。
［μｋ、Ｖｐｒｅｄ、ｋ］＝ｍｏｄｅｌＵｐｄａｔｅ（μｋ－１、Ｉｋ、Ｃ０、Ｒｉ、Ｔｋ、ｄｔ） （１）
ｍｏｄｅｌＵｐｄａｔｅ（）関数は、前のセル状態、測定された電流及び温度、充電容量Ｃ０及び内部抵抗Ｒｉの推定値、ならびに時間ステップに基づいて、時間ステップｋに対するセルのＳＯＣ及び予測電位を計算する。ｍｏｄｅｌＵｐｄａｔｅ（）関数は、等価セル回路モデルを使用する従来のセル挙動モデルに基づくことができる。このようなモデルの例は当技術分野で知られており、特定のタイプのセルに基づいて適切なモデルを選択することができる。
【0041】
時間ステップｄｔは、セルの現在の動作状態に基づいて選択されてもよい。例えば、セルは、以下の状態を含む有限状態モデルを有することができる。これらの状態とは、「放電中」（電流は電池から引き出されている）と、「充電中」（電池を再充電するために電流が印加されている）と、「緩和」（電池から出る（又は電池へ入る）電流が、不活性を示唆する閾値を下回っている）と、「アイドル」（電流が不活性閾値を下回ったままで、かつ電圧が長時間、例えば、少なくとも１５分間にわたって安定したままである場合、緩和状態から入る）である。いくつかの実施形態では、プロセス４００は、放電、充電、又は緩和状態にあるときはより高速（例えば、ｄｔ～１秒）で、アイドル状態にあるときはより低速（例えば、ｄｔ～９００秒）で、電池状態を更新することができる。他の状態モデルも使用することができる。
【0042】
いくつかの実施形態では、等価セル回路モデルは、充電容量Ｃ０及び内部抵抗Ｒｉなどの健全性パラメータの状態に依存する。これらのパラメータは、セルが老朽化するにつれて時間の経過と共に劣化し、最大充電容量が徐々に減少し、内部抵抗が徐々に増加することが予想される。いくつかの実施形態では、電池監視システムは、セルセンサデータに基づく受動的リアルタイムプロセスを使用してＣ０及びＲｉを推定することができ、このようなプロセスの例を以下に説明する。他の実施形態では、Ｃ０及びＲｉは、時々（例えば、電池が長時間にわたってアイドル状態であると予想されるときに試験手順を実行することによって）測定され、測定と測定との間で定数として扱うことができる。
【0043】
プロセス４００は、ブロック４０２における初期化から開始することができる。初期化は、例えば、電池管理システムの電源がオン又はリセットされると、又は電池がアイドル状態から任意の他の状態に移行するときに行われ得る。初期化は、初期化が行われるときはセルが使用されていないという仮定に基づいて、セル状態モデルの様々なパラメータの初期値を設定することを含み得る。例えば、Ｖｐを０に初期化することができる。Ｃ０及びＲｉは、最後の測定値又は推定値に基づいて初期化することができる。ＳＯＣ０を最後の推定ＳＯＣに初期化することができ、又は初期化中に電池が分極されていない場合、ＳＯＣ０は、等価セル回路モデルに基づいてセルの電位及び温度の関数としてセル充電状態を計算するｇｅｔＳＯＣ（Ｖ、Ｔ）関数を使用して、Ｖａｃｔｕａｌ、０及びＴ０の測定値から計算することができる。いくつかの実施形態では、リアルタイム計算を容易にするために、電位値及び温度値の離散的なセットに対して事前にｇｅｔＳＯＣ（）を計算し、ルックアップテーブルに記憶することができる。他のパラメータ及びフラグも初期化することができる。例えば、Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅ、０を０に初期化することができる。
【0044】
ブロック４０４において、（時間ステップｋにおける）プロセス４００の各反復に対して、セルの状態パラメータの新しい値が決定される。いくつかの実施形態では、新しい状態パラメータを決定することは、引き出されている電流（Ｉｋ）、セル全体の実際の電位（Ｖａｃｔｕａｌ、ｋ）、及びセル温度（Ｔｋ）を測定し、式（１）を適用してＳＯＣｋと予測電位Ｖｐ、Ｖｐｒｅｄ、ｋを決定することを含むことができる。
【0045】
いくつかの実施形態では、新しい状態パラメータを決定するステップはまた、セルエネルギー（Ｕｋ）及びセル放電Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋを推定するステップを含むことができる。例えば、以下の式を使用することができる。
Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋ＝Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋ－１＋Ｉｋｄｔ、 （３）
式（２）のｇｅｔＯＣＶ（ＳＯＣ、Ｔ）は、ｇｅｔＳＯＣ（Ｖ、Ｔ）を補完する関数であり、等価セル回路モデルに基づいてＳＯＣ及びセル温度の関数としてセル電位（具体的には開回路電圧）を計算する。ｇｅｔＳＯＣ（）関数と同様に、リアルタイム計算を容易にするために、ＳＯＣ及び温度値の離散セットに対してｇｅｔＯＣＶ（）を事前に計算し、ルックアップテーブルに記憶することができる。Ｕｋは、各反復で計算され、積分を一連の時間ステップとして近似することができることを理解されたい。
【数1】
Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋ＝Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋ－１＋Ｉｋｄｔ、 （３）
式（２）のｇｅｔＯＣＶ（ＳＯＣ、Ｔ）は、ｇｅｔＳＯＣ（Ｖ、Ｔ）を補完する関数であり、等価セル回路モデルに基づいてＳＯＣ及びセル温度の関数としてセル電位（具体的には開回路電圧）を計算する。ｇｅｔＳＯＣ（）関数と同様に、リアルタイム計算を容易にするために、ＳＯＣ及び温度値の離散セットに対してｇｅｔＯＣＶ（）を事前に計算し、ルックアップテーブルに記憶することができる。Ｕｋは、各反復で計算され、積分を一連の時間ステップとして近似することができることを理解されたい。
【0046】
ブロック４０６において、ブロック４０４で決定された状態パラメータが、「楽観的な」セルパラメータのセット及び「悲観的な」セルパラメータのセット、特に、楽観的セル電位（Ｖｏｐｔ）及び悲観的セル電位（Ｖｐｅｓｓ）を計算するために使用される。楽観的なセルパラメータは、（Ｃ０及びＲｉの電流推定値と比較して）充電容量が増加し内部抵抗が減少した仮想的なセルの状態パラメータを表し、モデル化されたセルと同じ充電事象又は放電事象が発生する。逆に、悲観的なセルパラメータは、（やはり、現在のＣ０及びＲｉの推定値と比較して）充電容量が減少し内部抵抗が増加した仮想的なセルの状態パラメータを表し、モデル化されたセルと同じ充電事象又は放電事象が発生する。いくつかの実施形態では、楽観的及び悲観的なセルパラメータは、ブロック４０４で決定された状態パラメータの周りの固定的な許容誤差として定義されず、代わりに、それらはセル状態モデルを使用して動的に計算される。
【0047】
実例として、いくつかの実施形態では、セルの最大充電容量Ｃ０はＫＣ０、ｏｐｔ量だけ過小評価される、セルの内部抵抗ＲｉはＫＲｉ、ｏｐｔ量だけ過大評価される、セルの過電圧はスケーリング係数Ｋη、ｏｐｔによってオフになるという仮定に基づいて、楽観的セル電位Ｖｏｐｔが定義される。この仮定に基づいて、以下の計算を使用してＶｏｐｔを決定することができる。
Ｃ０、ｏｐｔ＝Ｃ０＋ＫＣ０、ｏｐｔ （４）
Ｃｉｎｉｔ、ｏｐｔ＝Ｃ０、ｏｐｔＳＯＣ０ （５）
Ｃｏｐｔ、ｋ＝Ｃｉｎｉｔ、ｏｐｔ－Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋ （６）
ηｅｃ、ｏｐｔ＝Ｋη、ｏｐｔ（Ｖｃ＋Ｖｅ） （８）
Ｒｉ、ｏｐｔ、ｋ＝（Ｒｉ－ＫＲｉ、ｏｐｔ）ｅｘｐ（－ＥＲｏ（Ｔｋ－Ｔｒｅｆ）） （９）
Ｖｏｐｔ、ｋ＝ｇｅｔＯＣＶ（ＳＯＣｏｐｔ、ｋ、Ｔｋ）－ηｅｃ、ｏｐｔ－ＩｋＲｉ、ｏｐｔ、ｋ （１０）
ここで、ＥＲ０は活性化エネルギーである。Ｋ係数は、例えば、良好に挙動するセルの設計仕様から、セル間変動の経験的観察に基づいて、必要に応じて選択することができる。図２を参照して上で説明した種類の電池バンクのいくつかの実施形態では、ＫＣ０、ｏｐｔ～０．１Ａｈ（例えば、０．２Ａｈ）、ＫＲｉ、ｏｐｔ～０．０００１Ω（例えば、０．０００３Ω）、及びＫη、ｏｐｔ～０．７（例えば、０．７５）である。
Ｃ０、ｏｐｔ＝Ｃ０＋ＫＣ０、ｏｐｔ （４）
Ｃｉｎｉｔ、ｏｐｔ＝Ｃ０、ｏｐｔＳＯＣ０ （５）
Ｃｏｐｔ、ｋ＝Ｃｉｎｉｔ、ｏｐｔ－Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋ （６）
【数2】
ηｅｃ、ｏｐｔ＝Ｋη、ｏｐｔ（Ｖｃ＋Ｖｅ） （８）
Ｒｉ、ｏｐｔ、ｋ＝（Ｒｉ－ＫＲｉ、ｏｐｔ）ｅｘｐ（－ＥＲｏ（Ｔｋ－Ｔｒｅｆ）） （９）
Ｖｏｐｔ、ｋ＝ｇｅｔＯＣＶ（ＳＯＣｏｐｔ、ｋ、Ｔｋ）－ηｅｃ、ｏｐｔ－ＩｋＲｉ、ｏｐｔ、ｋ （１０）
ここで、ＥＲ０は活性化エネルギーである。Ｋ係数は、例えば、良好に挙動するセルの設計仕様から、セル間変動の経験的観察に基づいて、必要に応じて選択することができる。図２を参照して上で説明した種類の電池バンクのいくつかの実施形態では、ＫＣ０、ｏｐｔ～０．１Ａｈ（例えば、０．２Ａｈ）、ＫＲｉ、ｏｐｔ～０．０００１Ω（例えば、０．０００３Ω）、及びＫη、ｏｐｔ～０．７（例えば、０．７５）である。
【0048】
同様に、いくつかの実施形態では、セルの最大充電容量Ｃ０はＫＣ０、ｐｅｓｓの量だけ過大評価される、セルの内部抵抗ＲｉはＫＲｉ、ｐｅｓｓの量だけ過小評価される、セルの過電圧はＫη、ｐｅｓｓのスケーリング係数によってオフになるという仮定に基づいて、悲観的セル電位Ｖｐｅｓｓが定義される。この仮定に基づいて、以下の計算を使用してＶｐｅｓｓを決定することができる。
Ｃ０、ｐｅｓｓ＝Ｃ０＋ＫＣ０、ｐｅｓｓ （１２）
Ｃｉｎｉｔ、ｐｅｓｓ＝Ｃ０、ｐｅｓｓＳＯＣ０ （１３）
Ｃｐｅｓｓ、ｋ＝Ｃｉｎｉｔ、ｐｅｓｓ－Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋ （１４）
ηｅｃ、ｐｅｓｓ＝Ｋη、ｐｅｓｓ（Ｖｃ＋Ｖｅ） （１６）
Ｒｉ、ｐｅｓｓ、ｋ＝（Ｒｉ＋ＫＲｉ、ｐｅｓｓ）ｅｘｐ（－ＥＲｏ（Ｔｋ－Ｔｒｅｆ）） （１７）
Ｖｐｅｓｓ、ｋ＝ｇｅｔＯＣＶ（ＳＯＣｐｅｓｓ、ｋ、Ｔｋ）－ＣＦ＊（ηｅｃ、ｐｅｓｓ－ＩｋＲｉ、ｐｅｓｓ、ｋ） （１８）
楽観的セルと同様に、悲観的セルのＫ係数は、セルパラメータ（及びその変動性）の経験的観察に基づいて、及び／又は電気的故障を示唆する特定の変化に基づいて、必要に応じて選択することができる。図２を参照して上で説明した種類の電池バンクのいくつかの実施形態では、ＫＣ０、ｐｅｓｓ～－０．１Ａｈ（例えば、０．２Ａｈ）、ＫＲｉ、ｐｅｓｓ～０．０００３Ω（例えば、０．０００１Ω）及びＫη、ｐｅｓｓ～０．７（例えば、０．７５）である。式（１１）及び式（１８）において、ＣＦは、セルが充電しているときにセルの全過電圧に適用されるスケーリング係数であり、充電中のセル電位の変動性の増加を説明する。（明らかになるように、スケーリング係数を悲観的電位推定値にのみ、又は楽観的電位推定値にのみ適用することは、セルが充電しているときに許容可能な電位の包絡線を広げる効果を有する。）
【数3】
Ｃ０、ｐｅｓｓ＝Ｃ０＋ＫＣ０、ｐｅｓｓ （１２）
Ｃｉｎｉｔ、ｐｅｓｓ＝Ｃ０、ｐｅｓｓＳＯＣ０ （１３）
Ｃｐｅｓｓ、ｋ＝Ｃｉｎｉｔ、ｐｅｓｓ－Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋ （１４）
【数4】
ηｅｃ、ｐｅｓｓ＝Ｋη、ｐｅｓｓ（Ｖｃ＋Ｖｅ） （１６）
Ｒｉ、ｐｅｓｓ、ｋ＝（Ｒｉ＋ＫＲｉ、ｐｅｓｓ）ｅｘｐ（－ＥＲｏ（Ｔｋ－Ｔｒｅｆ）） （１７）
Ｖｐｅｓｓ、ｋ＝ｇｅｔＯＣＶ（ＳＯＣｐｅｓｓ、ｋ、Ｔｋ）－ＣＦ＊（ηｅｃ、ｐｅｓｓ－ＩｋＲｉ、ｐｅｓｓ、ｋ） （１８）
楽観的セルと同様に、悲観的セルのＫ係数は、セルパラメータ（及びその変動性）の経験的観察に基づいて、及び／又は電気的故障を示唆する特定の変化に基づいて、必要に応じて選択することができる。図２を参照して上で説明した種類の電池バンクのいくつかの実施形態では、ＫＣ０、ｐｅｓｓ～－０．１Ａｈ（例えば、０．２Ａｈ）、ＫＲｉ、ｐｅｓｓ～０．０００３Ω（例えば、０．０００１Ω）及びＫη、ｐｅｓｓ～０．７（例えば、０．７５）である。式（１１）及び式（１８）において、ＣＦは、セルが充電しているときにセルの全過電圧に適用されるスケーリング係数であり、充電中のセル電位の変動性の増加を説明する。（明らかになるように、スケーリング係数を悲観的電位推定値にのみ、又は楽観的電位推定値にのみ適用することは、セルが充電しているときに許容可能な電位の包絡線を広げる効果を有する。）
【0049】
「楽観的」及び「悲観的」というラベルは、Ｖｏｐｔ、ｋ＞Ｖｐｅｓｓ、ｋを意味することを意図しておらず、そうである必要はないことに留意されたい。例えば、式（４）～式（１０）及び式（１１）～式（１８）により、セルが放電しているときはＶｏｐｔ、ｋ＞Ｖｐｅｓｓ、ｋであるが、セルが充電しているときはＶｐｅｓｓ、ｋ＞Ｖｏｐｔ、ｋであるという結果になる。いくつかの実施形態では、包絡線が少なくとも最小幅を有することを保証するために、パディング電位Ｖｐａｄを使用してＶｏｐｔ、ｋ及びＶｐｅｓｓ、ｋを微調整することができる。例えば、Ｖｏｐｔ、ｋ＞Ｖｐｅｓｓ、ｋの場合、微調整には以下の式を使用することができる。
Ｖｏｐｔ、ｋ＝Ｖｏｐｔ、ｋ＋Ｖｐａｄ （１９）
Ｖｐｅｓｓ、ｋ＝Ｖｐｅｓｓ、ｋ－Ｖｐａｄ （２０）
同様に、Ｖｐｅｓｓ、ｋ≧Ｖｏｐｔ、ｋの場合、微調整には以下の式を使用することができる。
Ｖｏｐｔ、ｋ＝Ｖｏｐｔ、ｋ－Ｖｐａｄ （２１）
Ｖｐｅｓｓ、ｋ＝Ｖｐｅｓｓ、ｋ＋Ｖｐａｄ （２２）
Ｖｐａｄは、必要に応じて選択することができ、例えば、Ｖｐａｄ＝０．０１Ｖである。
Ｖｏｐｔ、ｋ＝Ｖｏｐｔ、ｋ＋Ｖｐａｄ （１９）
Ｖｐｅｓｓ、ｋ＝Ｖｐｅｓｓ、ｋ－Ｖｐａｄ （２０）
同様に、Ｖｐｅｓｓ、ｋ≧Ｖｏｐｔ、ｋの場合、微調整には以下の式を使用することができる。
Ｖｏｐｔ、ｋ＝Ｖｏｐｔ、ｋ－Ｖｐａｄ （２１）
Ｖｐｅｓｓ、ｋ＝Ｖｐｅｓｓ、ｋ＋Ｖｐａｄ （２２）
Ｖｐａｄは、必要に応じて選択することができ、例えば、Ｖｐａｄ＝０．０１Ｖである。
【0050】
ブロック４０８において、楽観的パラメータ及び悲観的パラメータを使用して、許容可能な電位範囲など許容可能な電池性能の包絡線を定義する。例えば、Ｖｏｐｔ、ｋ＞Ｖｐｅｓｓ、ｋの場合、包絡線は、
Ｖｏｐｔ、ｋ≧Ｖｋ≧Ｖｐｅｓｓ、ｋ （２３）
のように定義することができ、
Ｖｐｅｓｓ、ｋ≧Ｖｏｐｔ、ｋの場合、包絡線は、
Ｖｐｅｓｓ、ｋ≧Ｖｋ≧Ｖｏｐｔ、ｋ （２４）
のように定義することができ、ここで、Ｖｋは時間ステップｋにおけるセル電位である。
Ｖｏｐｔ、ｋ≧Ｖｋ≧Ｖｐｅｓｓ、ｋ （２３）
のように定義することができ、
Ｖｐｅｓｓ、ｋ≧Ｖｏｐｔ、ｋの場合、包絡線は、
Ｖｐｅｓｓ、ｋ≧Ｖｋ≧Ｖｏｐｔ、ｋ （２４）
のように定義することができ、ここで、Ｖｋは時間ステップｋにおけるセル電位である。
【0051】
ブロック４１０において、セル両端の実際の電位Ｖａｃｔｕａｌ、ｋが測定される。いくつかの実施形態では、測定は、ブロック４０４においてセルの状態パラメータを決定するステップの一部として行うことができる。
【0052】
ブロック４１２において、測定された電位Ｖａｃｔｕａｌ、ｋが、例えば、必要に応じて、式（２３）又は式（２４）のいずれかを使用して、許容可能な電池性能の範囲内にあるかどうかを決定することができる。いくつかの実施形態では、追加の条件を適用してもよい。例えば、包絡線を定義するために使用される等価セル回路モデルは、セルＳＯＣｋが閾値（例えば、０．１）を下回った場合、又は電流Ｉｋが閾値（例えば、あるタイプのセルについては７０Ａ）を超えている場合、信頼できなくなる可能性がある。セル状態モデルが信頼できない条件では、セル状態モデルによって定義された包絡線は無視することができる（例えば、測定されたＶａｃｔｕａｌ、ｋは、常に包絡線内にあるものとして扱うことができる）。
【0053】
包絡線の外側にある測定された電位Ｖａｃｔｕａｌ、ｋは、セルの問題を示唆する可能性があり、モデル故障通知を生成することになり得る。いくつかの実施形態では、包絡線の外側にある測定された電位Ｖａｃｔｕａｌ、ｋの任意のインスタンスは、モデル故障通知を生成することになり得る。他の実施形態では、包絡線の外側の過渡的な変動は、実質的でない変動として無視され、包絡線の外側の変動が実質的に包絡線の外側にあるとみなされるときを決定するために故障カウンタを使用することができる。したがって、ブロック４１４において、測定された電位が包絡線内にない場合、故障カウンタの値を増やすことができ、ブロック４１６において、測定された電位が包絡線内にある場合、故障カウンタをリセットすることができる。ブロック４１８において、故障カウンタが閾値を超えたかどうかが決定され、超えた場合、ブロック４２０においてモデル故障通知が生成される。いくつかの実施形態では、図１の電池管理システム１０８などの電池管理システムにおいてモデル故障通知を生成するステップは、制御システム１０６（及び／又は必要に応じて他のシステム構成要素）に通知を送信するステップを含むことができる。様々な実施形態では、モデル故障通知は、電池搭載の故障表示灯を点灯させること、次の機会に電池の整備を依頼するために保守サービスにメッセージを送信することなど、他のアクションを含むことができる。
【0054】
モデル故障通知を生成するためのカウンタ閾値は、感度（問題の検出能力）と特異性（実際の問題がない場合には故障通知の生成を回避する）との間のトレードオフに基づいて定義される定数とすることができる。一例では、実際のセル電位が包絡線内にあるかどうかの決定は１Ｈｚの速度で実行され、故障カウンタの閾値は３０に設定され、その結果、実際の電位が包絡線の外側に３０秒以上残っている場合、モデル故障事象が生成される。他の閾値も選択することができる。
【0055】
プロセス４００の動作を更に説明するために、図５は、いくつかの実施形態による、航空機に電力供給するために使用される電池セルの時間の関数としてのセル電位の例示的なプロットを示す。この例では、航空機は、航空機が巡航高度まで上昇して巡航を開始する時刻１０００秒の少し前までアイドル状態である。時間３０００秒の少し前に、航空機は下降する。実線５０２は、測定されたセル電位Ｖａｃｔｕａｌ、ｋに対応する。線５０４は、実際のセルパラメータに適用されるセル状態モデルを使用して予測された予測電位Ｖｐｒｅｄ、ｋに対応する。（この例では、線５０４は、測定された電位を忠実に追跡している。）
【0056】
線５０６は、上記のように（線５０４と同じセル状態モデルを用いて）楽観的なセルパラメータを用いて予測された予測電位Ｖｏｐｔ、ｋに対応し、線５０８は、上記のように（線５０４と同じセル状態モデルを用いて）悲観的なセルパラメータを用いて予測された予測電位Ｖｐｅｓｓ、ｋに対応する。図から分かるように、線５０６、線５０８によって画定される包絡線の幅は、時間の関数として変化する。その幅は、現在のセル挙動（例えば、どれだけの電流が引き出されているか）及びヒステリシスの影響を受ける。この例では、実際の電位（線５０２）は、線５０６、線５０８によって定義される包絡線内又は測定された持続時間内に留まっているので、モデル故障事象は生成されない。
【0057】
プロセス４００は例示的なものであり、その変形及び修正が可能であることが理解されよう。論理が許す限り、順次にと説明された動作を並列に実行することも、又は動作を異なる順序で実行することもできる。具体的に説明していない他の動作を実行することも、必要であれば、具体的に説明した動作を省略することも可能である。セル状態モデル及び他のパラメータ値（例えば、楽観的電位及び悲観的電位を決定するためのパラメータ）は、電池セルのタイプ及び特性ならびに所望の特定の感度及び特異性に基づいて、特定の実施態様のために最適化することができる。監視プロセスは、任意の数のセルについて並列に又は順次に実行することができる。プロセス４００又は同様のプロセスを使用した監視は、電池が任意の状態にある間に実行することができる。代替的に、必要であれば、監視は、特定の状態にある間にのみ（例えば、放電事象中にのみ、又は充電事象中にのみ）実行することができる。
【0058】
セルの健全性状態の推定
上記の通り、モデル故障検出は、アクティブに使用中の電池又はセルの異常な挙動の検出に関するものである。異常は別として、電池又は電池セル（特に、充電式電池又はセル）の全体的な性能は、電気化学及び熱力学に起因して、時間の経過と共に徐々に劣化し、電池又は電池セルが使用不可能な点に達することが予想され得る。したがって、異常な挙動を検出することに加えて、又はその代わりに、電池監視システムのいくつかの実施形態は、電池又はマルチセル電池の個々のセルの「健全性状態」を監視することもできる。本明細書の例では、健全性状態は、セルの最大充電容量Ｃ０及びセルの内部抵抗Ｒｉによって特徴付けられる。セルの劣化に伴い、最大充電容量が減少する一方、内部抵抗が増加する傾向がある。他の実施形態では、他のパラメータを、Ｃ０及びＲｉに加えて又はその代わりに、健全性状態に関連付けてもよい。
上記の通り、モデル故障検出は、アクティブに使用中の電池又はセルの異常な挙動の検出に関するものである。異常は別として、電池又は電池セル（特に、充電式電池又はセル）の全体的な性能は、電気化学及び熱力学に起因して、時間の経過と共に徐々に劣化し、電池又は電池セルが使用不可能な点に達することが予想され得る。したがって、異常な挙動を検出することに加えて、又はその代わりに、電池監視システムのいくつかの実施形態は、電池又はマルチセル電池の個々のセルの「健全性状態」を監視することもできる。本明細書の例では、健全性状態は、セルの最大充電容量Ｃ０及びセルの内部抵抗Ｒｉによって特徴付けられる。セルの劣化に伴い、最大充電容量が減少する一方、内部抵抗が増加する傾向がある。他の実施形態では、他のパラメータを、Ｃ０及びＲｉに加えて又はその代わりに、健全性状態に関連付けてもよい。
【0059】
いくつかのシステムでは、Ｃ０及びＲｉの監視は、電池がアイドル状態で充電器又は負荷に接続されている間に実行されるアクティブな試験プロセスの一部とすることができる。このようなアクティブな試験プロセスの例は、当技術分野で公知である。しかしながら、アクティブな試験プロセスは、典型的には、電池が長期間（数時間になり得る）アイドル状態であり充電器又は負荷に接続されたままであることを必要とする。高デューティサイクルで動作する電池の場合、代替プロセスが好ましい場合がある。
【0060】
したがって、電池監視システムのいくつかの実施形態は、「受動的」プロセスを使用して、セルのＣ０及びＲｉを監視することができる。受動的プロセスは、電圧、電流、及び温度（上記のモデル故障検出プロセス中に測定されるのと同じ状態パラメータ）のリアルタイム監視に依存し、Ｃ０及びＲｉは、測定されたパラメータから定量的に推定することができる。いくつかの実施形態では、Ｃ０及びＲｉを推定することはまた、フィルタリング関数（例えば、移動平均）を使用して推定値の変動を平滑化することを含むことができる。このプロセスは、電池の性能に影響を与えることなく、電池の使用中に実行できるため、「受動的」と呼ばれる。ここで、Ｃ０及びＲｉを推定するための受動的プロセスの例について説明する。
【0061】
本明細書に説明の例では、Ｃ０は、セルが基準電流（例えば、１Ａ）及び基準温度（例えば、Ｔｒｅｆ＝２５℃）で放電することができる最大充電量として定義される。いくつかの実施形態では、放電事象がＣ０推定値の信頼性及び安定性に関する特定の基準を満たす場合、放電事象の終了時に生の充電容量値Ｃ０、ｒａｗを計算することができる。例えば、放電事象の生のＣ０、ｒａｗは、以下のように定義することができる。
ここで、Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅは、放電事象中にセルから放電された総電荷量であり、ΔＳＯＣは、放電事象中のセルの充電状態の変化である。式（２５）の生の値をフィルタリングして（例えば、移動平均又は他のフィルタ関数を使用して）、Ｃ０の推定値を得ることができる。
【数5】
ここで、Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅは、放電事象中にセルから放電された総電荷量であり、ΔＳＯＣは、放電事象中のセルの充電状態の変化である。式（２５）の生の値をフィルタリングして（例えば、移動平均又は他のフィルタ関数を使用して）、Ｃ０の推定値を得ることができる。
【0062】
図６は、いくつかの実施形態による、放電事象に基づいてセルのＣ０を推定するためのプロセス６００のフロー図である。プロセス６００は、例えば、電池監視システム３００又は上記の他の電池監視システムにおいて実装することができる。プロセス６００は、電池がアイドル状態にある間にＣ０推定を実行することができる。プロセス６００は、通常動作（すなわち、負荷への電力供給及び／又は充電）以外の電池活動を含まないため、受動的監視プロセスの一例である。
【0063】
プロセス６００は、電池がアイドル状態にある間に開始することができる。ブロック６０２において、プロセス６００は、セルの初期ＳＯＣ（ＳＯＣｉｎｉｔ）を決定することができる。いくつかの実施形態では、初期ＳＯＣは、以下のように計算することができる。
ＳＯＣｉｎｉｔ＝ｇｅｔＳＯＣ（Ｖｈ、Ｔｈ） （２６）
ここで、Ｖｈは初期化時の測定されたセル電位であり、Ｔｈは初期化時の測定された温度であり、ｇｅｔＳＯＣ（）は図４を参照して上で説明した関数と同じ関数である。
ＳＯＣｉｎｉｔ＝ｇｅｔＳＯＣ（Ｖｈ、Ｔｈ） （２６）
ここで、Ｖｈは初期化時の測定されたセル電位であり、Ｔｈは初期化時の測定された温度であり、ｇｅｔＳＯＣ（）は図４を参照して上で説明した関数と同じ関数である。
【0064】
いくつかの実施形態では、ＳＯＣｉｎｉｔは、セル電位Ｖｈ及び温度Ｔｈが特定の範囲内にある場合にのみ確立される。この範囲は、ｇｅｔＳＯＣ（）関数がセル挙動の信頼できるモデルであるための電位及び温度の範囲に基づいて選択することができる。Ｖｈ又はＴｈが適切な範囲外にある場合、ＳＯＣｉｎｉｔは確立されない。
【0065】
ＳＯＣｉｎｉｔを確立することに加えて、ブロック６０２における処理はまた、Ｃ０監視に使用される他のパラメータを初期化することを含むことができる。例えば、セルから放電された電荷の累積値（上で定義したＱｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋ）を０に初期化することができ、Ｃ０監視に関連するランタイムパラメータ（ｔｒｕｎ、Ｃ０）を０にリセットすることもできる。
【0066】
ブロック６０４において、電池は放電状態に入り、プロセス６００は放電事象を監視することができる。（プロセス４００が実装される場合にも、この監視は、ブロック４０４における状態パラメータの決定の一部として行うことができる。）例えば、放電された総電荷量Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋは、上記の式（３）に従って各時間ステップ毎（例えば、１秒毎）に更新され、ランタイムパラメータｔｒｕｎ、Ｃ０を時間ステップ毎に増分することができる。ブロック６０６において、放電事象は終了し、電池は再びアイドル状態に入る（その時点で、Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋ及びランタイムパラメータｔｒｕｎ、Ｃ０の更新を停止することができる）。
【0067】
ブロック６０８において、プロセス６００は、セルの最終ＳＯＣ（ＳＯＣｆｉｎａｌ）を確立することができる。いくつかの実施形態では、最終ＳＯＣは、以下のように計算することができる。
ＳＯＣｆｉｎａｌ＝ｇｅｔＳＯＣ（Ｖｌ、Ｔｌ） （２７）
ここで、Ｖｌは放電事象の終了時に測定されたセル電位であり、Ｔｌは放電事象の終了時に測定された温度である。放電後測定値のＶｌ及び／又はＴｌは、一般に、放電前測定値のＶｈ及びＴｈとは異なるので、式（２６）及び式（２７）の結果は、一般に、互いに異なる。
ＳＯＣｆｉｎａｌ＝ｇｅｔＳＯＣ（Ｖｌ、Ｔｌ） （２７）
ここで、Ｖｌは放電事象の終了時に測定されたセル電位であり、Ｔｌは放電事象の終了時に測定された温度である。放電後測定値のＶｌ及び／又はＴｌは、一般に、放電前測定値のＶｈ及びＴｈとは異なるので、式（２６）及び式（２７）の結果は、一般に、互いに異なる。
【0068】
ブロック６１０において、プロセス６００は、ＳＯＣｆｉｎａｌが信頼できると考えられるような範囲内に全ての測定値があるかどうかを決定することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ＳＯＣｆｉｎａｌは、セル電位Ｖｌ及び温度Ｔｌが特定の範囲内にある場合にのみ確立される。この範囲は、ｇｅｔＳＯＣ（）関数がセル挙動の信頼できるモデルであるための電位及び温度の範囲に基づいて選択することができる。Ｖｌ又はＴｌが適切な範囲外にある場合、ＳＯＣｆｉｎａｌは確立されず、代わりに、ブロック６１２において計算をリセットすることができ、プロセス６００はブロック６０２に戻ってやり直すことができる。
【0069】
ＳＯＣｆｉｎａｌの信頼性に関する他の要件も適用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ランタイムパラメータｔｒｕｎ、Ｃ０が上限を超えている場合、結果は（例えば、電流センサのオフセット誤差を積分するＱｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋに起因して）信頼できなくなる可能性があり、プロセス６００はブロック６１２で停止し、ブロック６０２に戻ってやり直すことができる。
【0070】
別の例として、ブロック６１０は、以下のように定義されるＳＯＣの変化が、
ΔＳＯＣ＝｜ＳＯＣｉｎｉｔ－ＳＯＣｆｉｎａｌ｜ （２８）
信頼性の最小閾値を超えることを要求することができる。閾値は、放電事象がセルの充電容量のかなりの割合を消費することを要求するように選択することができ、例えば、閾値は０．４又は０．５などにすることができる。そうでない場合、ブロック６１２において計算をリセットすることができ、プロセス６００はブロック６０２に戻ってやり直すことができる。
ΔＳＯＣ＝｜ＳＯＣｉｎｉｔ－ＳＯＣｆｉｎａｌ｜ （２８）
信頼性の最小閾値を超えることを要求することができる。閾値は、放電事象がセルの充電容量のかなりの割合を消費することを要求するように選択することができ、例えば、閾値は０．４又は０．５などにすることができる。そうでない場合、ブロック６１２において計算をリセットすることができ、プロセス６００はブロック６０２に戻ってやり直すことができる。
【0071】
ブロック６１４において、プロセス６００は、式（２５）に従ってフィルタリングされていないＣ０値（Ｃ０、ｒａｗ）を計算することができ、ここで、Ｑｄｉｓｃｈａｒｇｅはブロック６０４における放電事象からのＱｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ｋの最終値であり、ΔＳＯＣは式（２５）で与えられる。ブロック６１６において、プロセス６００は、移動平均を近似する無限インパルス応答フィルタを使用して、フィルタリングされたＣ０値を計算することができる。
Ｃ０、ｆｉｌｔ＝γＣ０、ｒａｗ＋（１－γ）Ｃ０、ｐｒｅｖ （２９）
ここで、Ｃ０、ｐｒｅｖは、Ｃ０の記憶された推定値（例えば、プロセス６００の前の反復から）であり、γは、更新値に対する所望の感度に基づいて選択することができるフィルタ減衰定数である。一例では、γ＝０．０５であるが、他の値を選択することもできる。移動平均、加重移動平均（より新しい推定値により大きな重みが与えられる）、再帰移動平均などを含む、新たに計算されたＣ０、ｒａｗをＣ０の前の推定値と組み合わせるための他の技術を使用することができる。いくつかの実施形態では、セルに対する最近のＣ０の推定値の分布の統計分析を実行して、例えば、最も最近のＣ０、ｒａｗ値が予想される分布からどの程度外れているかを決定し、ランダム測定ノイズを平滑化するようにすることができる。いくつかの実施形態では、新しいセルに対するプロセス６００の最初の反復の前に、セルの試験中に測定された充電容量、公称値（例えば、セルの設計仕様に基づく）、又は必要に応じて別の値を使用してＣ０、ｐｒｅｖを初期化することができる。
Ｃ０、ｆｉｌｔ＝γＣ０、ｒａｗ＋（１－γ）Ｃ０、ｐｒｅｖ （２９）
ここで、Ｃ０、ｐｒｅｖは、Ｃ０の記憶された推定値（例えば、プロセス６００の前の反復から）であり、γは、更新値に対する所望の感度に基づいて選択することができるフィルタ減衰定数である。一例では、γ＝０．０５であるが、他の値を選択することもできる。移動平均、加重移動平均（より新しい推定値により大きな重みが与えられる）、再帰移動平均などを含む、新たに計算されたＣ０、ｒａｗをＣ０の前の推定値と組み合わせるための他の技術を使用することができる。いくつかの実施形態では、セルに対する最近のＣ０の推定値の分布の統計分析を実行して、例えば、最も最近のＣ０、ｒａｗ値が予想される分布からどの程度外れているかを決定し、ランダム測定ノイズを平滑化するようにすることができる。いくつかの実施形態では、新しいセルに対するプロセス６００の最初の反復の前に、セルの試験中に測定された充電容量、公称値（例えば、セルの設計仕様に基づく）、又は必要に応じて別の値を使用してＣ０、ｐｒｅｖを初期化することができる。
【0072】
ブロック６１８において、プロセス６００は、例えば、Ｃ０、ｆｉｌｔを閾値と比較することによって、Ｃ０、ｆｉｌｔが信じられない程に大きいかどうかを決定することができる。この閾値は、セルが有すると予想され得る最大充電容量に対応する（又はそれを超える）ように設定することができる。いくつかの実施形態では、最大充電容量は、セルの設計仕様に基づいて、設計よりも優れた性能をある程度許容して決定することができる。他の実施形態では、特定のセルの最大充電容量は、セルの充電容量が使用に伴って増えないと仮定して、設置前試験中にセルの充電容量を積極的に測定することによって決定することができる。Ｃ０、ｆｉｌｔが閾値を超えている場合、ブロック６２０において、Ｃ０、ｆｉｌｔは破棄され、プロセス６００はリセットすることができ、ブロック６０２に戻る。いくつかの実施形態では、信じられない程に大きいＣ０、ｆｉｌｔは数値アーチファクトであると仮定され、単に無視される。他の実施形態では、プロセス６００は、Ｃ０誤差通知を生成することができる。更に他の実施形態では、プロセス６００は、信じられない程に大きいＣ０、ｆｉｌｔが繰り返し発生するかどうかを追跡し、そうである場合、Ｃ０誤差通知を生成することができる。
【0073】
いくつかの実施形態では、Ｃ０推定値Ｃ０、ｆｉｌｔを使用して、セル容量故障通知をトリガすることができる。例えば、Ｃ０は時間の経過と共に徐々に変化すると予想され、予想外に急激な変化は問題を示唆している可能性がある。したがって、ブロック６２２において、プロセス６００は、例えば、以下を使用して、
ΔＣ０＝｜Ｃ０、ｐｒｅｖ－Ｃ０、ｆｉｌｔ｜ （３０）
Ｃ０の変化を計算することができ、ΔＣ０が閾値を超えた場合、その結果は疑わしいものとして扱われる。例えば、ブロック６２４において、プロセス６００は、「セル容量故障」通知を生成することができる。いくつかの実施形態では、閾値（複数可）を定義することができ、どの閾値を超えたかに基づいて異なる故障通知を生成することができる。例えば、ΔＣ０が第１の閾値（例えば、０．４Ａｈ）を超える場合、「セル容量が疑わしい」故障通知を生成することができ、ΔＣ０が第２のより大きい閾値（例えば、０．８Ａｈ）を超えた場合、「セル容量が非常に疑わしい」故障通知を生成することができる。ブロック６２４においてセル容量故障通知が生成されると、プロセス６００はリセットし、Ｃ０計算の結果を破棄し、ブロック６０２に戻ることができる。
ΔＣ０＝｜Ｃ０、ｐｒｅｖ－Ｃ０、ｆｉｌｔ｜ （３０）
Ｃ０の変化を計算することができ、ΔＣ０が閾値を超えた場合、その結果は疑わしいものとして扱われる。例えば、ブロック６２４において、プロセス６００は、「セル容量故障」通知を生成することができる。いくつかの実施形態では、閾値（複数可）を定義することができ、どの閾値を超えたかに基づいて異なる故障通知を生成することができる。例えば、ΔＣ０が第１の閾値（例えば、０．４Ａｈ）を超える場合、「セル容量が疑わしい」故障通知を生成することができ、ΔＣ０が第２のより大きい閾値（例えば、０．８Ａｈ）を超えた場合、「セル容量が非常に疑わしい」故障通知を生成することができる。ブロック６２４においてセル容量故障通知が生成されると、プロセス６００はリセットし、Ｃ０計算の結果を破棄し、ブロック６０２に戻ることができる。
【0074】
ブロック６２６において、記憶されたＣ０、ｐｒｅｖ値は、例えば、記憶された値をブロック６１６において計算されたＣ０、ｆｉｌｔで置き換えることによって更新することができる。更新されたＣ０、ｐｒｅｖ値は、制御システム１０６又は他のシステム構成要素に報告することができる。いくつかの実施形態では、制御システム１０６は、（例えば、サービス技術者によるレビューのために）推定された充電容量を電池状態レポートに組み込むことができる。
【0075】
プロセス６００は、電池が放電事象と放電事象との間にアイドル状態に入ると仮定して、放電事象毎に繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、電池がアイドル状態に入るたびに、電池管理システムは、有効なＳＯＣｈｉｇｈが現在記憶されているかどうかを決定することができる。そうでない場合、ブロック６０２を実行することができ、そうである場合、ブロック６０８及び後続のブロックを実行することができる。いくつかの実施形態では、プロセス６００又は同様のプロセスを使用して、充電事象中の測定値に基づいてＣ０を推定することもできる。（これは、例えば、電流又は他の関連パラメータの測定値が放電事象中よりも充電事象中の方が信頼性が低いような電池システム設計の場合、望ましくない可能性がある。）
【0076】
プロセス６００は例示的なものであり、変形及び修正が可能であることが理解されよう。論理が許す限り、順次にと説明された動作を並列に実行することも、又は動作を異なる順序で実行することもできる。具体的に説明していない他の動作を実行することも、必要であれば、具体的に説明した動作を省略することも可能である。例えば、説明された例では、現在の推定値と前の推定値を表す単一の値が使用されるが、他の実施態様では、プロセス６００の複数の反復からの前の推定値を記憶することができ、推定値の集合の統計的分析を実行することができる。（このような統計分析は、精度を高め、変動を低減することができるが、前の推定値を記憶するために必要なメモリ量も増える。）特定の実施態様におけるセル状態モデル及び他のパラメータ値は、電池セルのタイプと特性、及び所望の特定の感度及び特異性に基づいて、最適な結果を得るために選択することができる。Ｃ０推定プロセスは、任意の数のセルについて並列に又は順次に実行することができる。いくつかの実施形態では、推定されたＣ０（フィルタリング後）が下限を下回る場合、低Ｃ０故障通知を生成することができるが、これは、セルが交換時期であるという示唆である可能性がある。
【0077】
いくつかの実施形態では、セルの内部抵抗Ｒｉは、Ｃ０に加えて、又はＣ０の代わりに推定することができる。内部抵抗Ｒｉは、標準的なＳＯＣ、電流、及び温度での、及びセル分極なしでのセルのインピーダンスの抵抗（オーム）成分として定義することができる。インピーダンスの抵抗成分は、電流に対する電位の瞬間的な変化として理解することができるが、変化の瞬間的な測定は、動作セルにとって実用的ではない場合がある。また、内部抵抗は一般的にＳＯＣ、温度、放電電流に依存するため、単にΔＶ／ΔＩを短時間で測定しただけでは信頼性の高い推定値が得られない可能性がある。したがって、いくつかの実施形態は、Ｒｉ推定値を改善するための補償係数を導入する。
【0078】
図７は、いくつかの実施形態による、放電事象に基づいてセルのＲｉを推定するためのプロセス７００のフロー図である。プロセス７００は、例えば、電池監視システム３００又は上記の他の電池監視システムにおいて実装することができる。プロセス７００は、電池がアクティブに動作（例えば、放電状態又は充電状態）している間に反復（ランニング）Ｒｉ計算を行うことができ、電池がアイドル状態に入るときにランニング計算を使用してＲｉ推定値を更新することができる。プロセス７００は、通常動作以外に電池の活動を含まない受動的監視プロセスの別の例である。
【0079】
プロセス７００は、ブロック７０２において、電池がアイドル状態からアクティブ状態（例えば、充電状態又は放電状態）に移行するときに開始することができる。移行に応答して、ブロック７０４において、プロセス７００は、内部抵抗のランニング推定値（Ｒｉ、ｒｕｎ）を初期化することができる。例えば、ランニング推定値は、プロセス７００の前の実行から決定されたＲｉ値に初期化することができる。いくつかの実施形態では、新しいセルに対するプロセス７００の最初の反復中に、Ｒｉ、ｒｕｎをセルの試験中に測定された内部抵抗、公称値（例えば、セルの設計仕様に基づく）、又は必要に応じて別の値に基づいて、初期化することができる。
【0080】
ブロック７０６において、電池がアクティブ状態のままである限り、Ｒｉ、ｒｕｎが反復的に更新される。（プロセス４００も実装される場合、この更新は、ブロック４０４における状態パラメータの決定の一部として行うことができる。）図８は、いくつかの実施形態による、Ｒｉ、ｒｕｎを反復的に更新するためのプロセス８００のフロー図を示す。プロセス８００は、例えば、プロセス７００のブロック７０４を実装するために使用することができ、プロセス８００は、電池がアクティブ状態にある間に一定の時間間隔（時間インデックスｋ）で実行することができる。
【0081】
ブロック８０２において、プロセス８００は、セルの電流（Ｉｋ）、電位（Ｖｋ）、及び温度（Ｔｋ）を測定することができる。ブロック８０４において、プロセス８００は、電流、電位及び温度に関する信頼性条件が満たされているかどうかをチェックすることができる。例えば、以下の信頼性条件を適用することができる。
｜Ｉｋ－Ｉｋ－１｜＞ΔＩｍｉｎ （３１）
｜Ｖｋ－Ｖｋ－１｜＞ΔＶｍｉｎ （３２）
Ｔｍａｘ≧ｍｅａｎ（Ｔｋ、Ｔｋ－１）≧Ｔｍｉｎ （３３）
式（３１）及び式（３２）は、ある時間ステップから次の時間ステップにおける電位及び電流の変化が、測定するのに十分大きいことを要求している。式（３３）は、温度が、Ｒｉ、ｒｕｎを更新するために使用する抵抗挙動モデルが信頼できると考えられる範囲内にあることを要求している。制限パラメータΔＩｍｉｎ、ΔＶｍｉｎ、Ｔｍａｘ、及びＴｍｉｎは、特定のシステムに対して必要に応じて選択することができる。図２の電池バンク２００の実施態様を使用する一例では、ΔＩｍｉｎ＝２Ａ、ΔＶｍｉｎ＝０．０１０Ｖ、Ｔｍａｘ＝５０℃、及びＴｍｉｎ＝２０℃である。他の条件、例えば、電流及び／又は電位の変化の上限、及び温度の変化の制限を適用することもできる。
｜Ｉｋ－Ｉｋ－１｜＞ΔＩｍｉｎ （３１）
｜Ｖｋ－Ｖｋ－１｜＞ΔＶｍｉｎ （３２）
Ｔｍａｘ≧ｍｅａｎ（Ｔｋ、Ｔｋ－１）≧Ｔｍｉｎ （３３）
式（３１）及び式（３２）は、ある時間ステップから次の時間ステップにおける電位及び電流の変化が、測定するのに十分大きいことを要求している。式（３３）は、温度が、Ｒｉ、ｒｕｎを更新するために使用する抵抗挙動モデルが信頼できると考えられる範囲内にあることを要求している。制限パラメータΔＩｍｉｎ、ΔＶｍｉｎ、Ｔｍａｘ、及びＴｍｉｎは、特定のシステムに対して必要に応じて選択することができる。図２の電池バンク２００の実施態様を使用する一例では、ΔＩｍｉｎ＝２Ａ、ΔＶｍｉｎ＝０．０１０Ｖ、Ｔｍａｘ＝５０℃、及びＴｍｉｎ＝２０℃である。他の条件、例えば、電流及び／又は電位の変化の上限、及び温度の変化の制限を適用することもできる。
【0082】
ブロック８０６において、ブロック８０４の信頼性条件のうちの少なくとも一方が満たされない場合、プロセス８００は、ブロック８０８において次の時間ステップを待ち再試行することができる。ブロック８０６において、全ての信頼性条件が満たされた場合、ブロック８１０において、プロセス８００は、時間ステップｋに対して生の推定値Ｒｉ、ｒａｗを計算することができる。いくつかの実施形態では、以下の計算を使用することができる。
ここで、ＳＯＣｋは、式（２６）を参照して上記の関数ｇｅｔＳＯＣ（Ｖｋ、Ｔｋ）関数を使用して決定することができ、ＩＲＣｏｍｐ（）は、ＳＯＣ、電流、温度に依存する内部抵抗補償係数を返す関数である。例えば、ＩＲＣｏｍｐ（）は、以下のように定義することができる。
ＩＲＣｏｍｐ（ＳＯＣ、Ｉ、Ｔ）＝ｃａｌｃＲＩ（ＳＯＣｒｅｆ、Ｉｒｅｆ、Ｔｒｅｆ）－ｃａｌｃＲＩ（ＳＯＣ、Ｉ、Ｔ） （３５）
関数ｃａｌｃＲＩ（）は、以下のように定義することができ、
ここで、Ａ（）及びＢ（）は、制御された条件下で所与の設計仕様の多数のセルを試験することによって経験的に定義することができる関数である。いくつかの実施態様では、経験的分析を使用して、ＳＯＣとＩの様々な組合せに対応するＡ（）及びＢ（）の値をルックアップテーブルに追加することができる。式（３５）において、ＳＯＣｒｅｆ、Ｉｒｅｆ、及びＴｒｅｆは、ＳＯＣ、電流、及び温度の一定の基準値であり、式（３６）の関数Ａ（）及びＢ（）の定義に関連して予め選択することができる。例えば、ＳＯＣｒｅｆ＝１、Ｉｒｅｆ＝２２Ａ、Ｔｒｅｆ＝２５℃という参照値を選択することができる。
【数6】
ここで、ＳＯＣｋは、式（２６）を参照して上記の関数ｇｅｔＳＯＣ（Ｖｋ、Ｔｋ）関数を使用して決定することができ、ＩＲＣｏｍｐ（）は、ＳＯＣ、電流、温度に依存する内部抵抗補償係数を返す関数である。例えば、ＩＲＣｏｍｐ（）は、以下のように定義することができる。
ＩＲＣｏｍｐ（ＳＯＣ、Ｉ、Ｔ）＝ｃａｌｃＲＩ（ＳＯＣｒｅｆ、Ｉｒｅｆ、Ｔｒｅｆ）－ｃａｌｃＲＩ（ＳＯＣ、Ｉ、Ｔ） （３５）
関数ｃａｌｃＲＩ（）は、以下のように定義することができ、
【数7】
ここで、Ａ（）及びＢ（）は、制御された条件下で所与の設計仕様の多数のセルを試験することによって経験的に定義することができる関数である。いくつかの実施態様では、経験的分析を使用して、ＳＯＣとＩの様々な組合せに対応するＡ（）及びＢ（）の値をルックアップテーブルに追加することができる。式（３５）において、ＳＯＣｒｅｆ、Ｉｒｅｆ、及びＴｒｅｆは、ＳＯＣ、電流、及び温度の一定の基準値であり、式（３６）の関数Ａ（）及びＢ（）の定義に関連して予め選択することができる。例えば、ＳＯＣｒｅｆ＝１、Ｉｒｅｆ＝２２Ａ、Ｔｒｅｆ＝２５℃という参照値を選択することができる。
【0083】
ブロック８１２において、プロセス８００は、ブロック８１０で計算されたＲｉ、ｒａｗが妥当と思われる範囲内にあるかどうかを決定することができる。一例では、妥当と思われる範囲は、０．００５Ω～０．０３Ωであると定義されているが、セルの設計に応じて、他の範囲を使用することができる。Ｒｉ、ｒａｗが妥当と思われる範囲内にない場合、ブロック８１４において、プロセス８００は、計算されたＲｉ、ｒａｗ値を破棄又は無視し、次の時間ステップを待ち再試行することができる。他の実施形態では、プロセス８００は、Ｒｉ誤差通知を生成することができる。更に他の実施形態では、プロセス８００は、信じられない程のＲｉ、ｒａｗが繰り返し発生するかどうかを追跡し、そうである場合、Ｒｉ誤差通知を生成することができる
【0084】
Ｒｉ、ｒａｗが妥当と思われる範囲内にある場合、ブロック８１６において、プロセス８００は、移動平均を近似する無限インパルス応答フィルタを使用してＲｉ、ｒｕｎを更新することができる。
Ｒｉ、ｒｕｎ＝γＲｉ、ｒａｗ＋（１－γ）Ｒｉ、ｒｕｎ （３７）
ここで、γは、更新値に対する所望の感度に基づいて選択することができるフィルタ減衰定数である。一例では、γ＝０．０１であるが、他の値を選択することもできる。プロセス６００及びプロセス８００の両方を実装する実施形態では、式（３７）中のＲｉ推定の減衰定数は、式（２９）中のＣ０推定の減衰定数と同じ値を有することができるが、そうである必要はない。移動平均、加重移動平均（より新しい推定値により大きな重みが与えられる）、再帰移動平均などを含む、新たに計算されたＲｉ、ｒａｗをＲｉの前の推定値と組み合わせるための他の技術を使用することができる。いくつかの実施形態では、セルに対する最近のＲｉの推定値の分布の統計的分析を実行して、例えば、最も最近のＲｉ、ｒａｗ値が予想分布からどの程度外れているかを決定し、ランダム測定ノイズを平滑化するようにすることができる。
Ｒｉ、ｒｕｎ＝γＲｉ、ｒａｗ＋（１－γ）Ｒｉ、ｒｕｎ （３７）
ここで、γは、更新値に対する所望の感度に基づいて選択することができるフィルタ減衰定数である。一例では、γ＝０．０１であるが、他の値を選択することもできる。プロセス６００及びプロセス８００の両方を実装する実施形態では、式（３７）中のＲｉ推定の減衰定数は、式（２９）中のＣ０推定の減衰定数と同じ値を有することができるが、そうである必要はない。移動平均、加重移動平均（より新しい推定値により大きな重みが与えられる）、再帰移動平均などを含む、新たに計算されたＲｉ、ｒａｗをＲｉの前の推定値と組み合わせるための他の技術を使用することができる。いくつかの実施形態では、セルに対する最近のＲｉの推定値の分布の統計的分析を実行して、例えば、最も最近のＲｉ、ｒａｗ値が予想分布からどの程度外れているかを決定し、ランダム測定ノイズを平滑化するようにすることができる。
【0085】
いくつかの実施形態では、（プロセス７００のブロック７０４に対応する）プロセス８００は、電池がアクティブ状態のままである限り、繰り返し実行することができる。再び図７を参照すると、ブロック７０８において、電池はアイドル状態に移行する。電池がアイドル状態に入った後、（プロセス８００からの）Ｒｉ、ｒｕｎの最終値を新しいＲｉ推定値として使用することができる。いくつかの実施形態では、Ｒｉ推定値を使用して故障通知をトリガすることができる。例えば、Ｒｉは時間の経過と共に徐々に変化すると予想され、予想外に急激な変化は問題を示唆している可能性がある。したがって、ブロック７１０において、プロセス７００は、例えば、以下を使用してＲｉの変化を計算することができる。
ΔＲｉ＝｜Ｒｉ、ｒｕｎ－Ｒｉ｜ （３８）
ここで、Ｒｉはブロック７０２からのＲｉ値である。ΔＲｉが閾値を超えた場合、その結果は疑わしいものとして扱われる。例えば、ブロック７１４において、プロセス７００は、「セル抵抗故障」通知を生成することができる。いくつかの実施形態では、閾値（複数可）を定義することができ、どの閾値を超えたかに基づいて異なる故障通知を区別することができる。例えば、ΔＲｉが第１の閾値（例えば、０．００２Ω）を超えた場合、「セル抵抗が疑わしい」故障通知を生成することができ、ΔＲｉが第２のより大きい閾値（例えば、０．０１Ω）を超えた場合、「セル抵抗が非常に疑わしい」故障通知を生成することができる。ブロック７１４においてセル抵抗故障通知が生成されると、プロセス７００は、結果として生じるＲｉ、ｒｕｎ値を破棄し、ブロック７０２に戻って次のアクティブ状態への移行を待つことができる。
ΔＲｉ＝｜Ｒｉ、ｒｕｎ－Ｒｉ｜ （３８）
ここで、Ｒｉはブロック７０２からのＲｉ値である。ΔＲｉが閾値を超えた場合、その結果は疑わしいものとして扱われる。例えば、ブロック７１４において、プロセス７００は、「セル抵抗故障」通知を生成することができる。いくつかの実施形態では、閾値（複数可）を定義することができ、どの閾値を超えたかに基づいて異なる故障通知を区別することができる。例えば、ΔＲｉが第１の閾値（例えば、０．００２Ω）を超えた場合、「セル抵抗が疑わしい」故障通知を生成することができ、ΔＲｉが第２のより大きい閾値（例えば、０．０１Ω）を超えた場合、「セル抵抗が非常に疑わしい」故障通知を生成することができる。ブロック７１４においてセル抵抗故障通知が生成されると、プロセス７００は、結果として生じるＲｉ、ｒｕｎ値を破棄し、ブロック７０２に戻って次のアクティブ状態への移行を待つことができる。
【0086】
ブロック７１６において、例えば、記憶されたＲｉ値をＲｉ、ｒｕｎに置き換えることによって、記憶されたＲｉ値を更新することができる。更新されたＲｉ値は、制御システム１０６又は他のシステム構成要素に報告することができる。いくつかの実施形態では、制御システム１０６は、（例えば、サービス技術者によるレビューのために）推定された内部抵抗を電池状態レポートに組み込むことができる。
【0087】
プロセス７００は、電池がアクティブ状態に入るたびに（例えば、プロセス８００を用いて）新しいＲｉ、ｒｕｎを計算し、電池がアイドル状態にあるときに（条件が満たされれば）Ｒｉを更新し、これを繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、プロセス７００又は同様のプロセスを使用して、充電事象又は放電事象のいずれかに基づいてＲｉを推定することができ、あるいは必要に応じて、プロセス７００を放電事象に関連してのみ（又は充電事象に関連してのみ）選択的に呼び出してもよい。
【0088】
プロセス７００及びプロセス８００は例示的なものであり、変形及び修正が可能であることが理解されよう。論理が許す限り、順次にと説明された動作を並列に実行することも、又は動作を異なる順序で実行することもできる。具体的に説明していない他の動作を実行することも、必要であれば、具体的に説明した動作を省略することも可能である。例えば、説明された例では、現在の推定値及び前の推定値を表す単一の値が使用されるが、他の実施態様では、プロセス８００の複数の反復からの前の推定値を記憶することができ、推定値の集合の統計的分析を実行することができる。（このような統計分析は、精度を高め、変動を低減することができるが、前の推定値を記憶するために必要なメモリ量も増える。）特定の実施態様におけるセル状態モデル及び他のパラメータ値は、電池セルのタイプと特性、及び所望の特定の感度及び特異性に基づいて、最適な結果を得るために選択することができる。Ｒｉ推定プロセスは、任意の数のセルについて並列に又は順次に実行することができる。いくつかの実施形態では、推定されたＲｉが上限を超えて上昇した場合、高Ｒｉ故障通知を生成することができるが、これは、セルが交換時期であることを示すものである可能性がある。
【0089】
追加の実施形態
本発明を特定の実施形態を参照して説明してきたが、本開示にアクセスする当業者であれば、変形及び修正が可能であることを理解するであろう。本明細書に説明の種類の電池監視システム及びプロセスは、任意の数の電池又は任意の数の電池セルを監視するために使用することができ、システム及びプロセスは、様々な電池技術を使用して実装されたセルに適合させることができる。電池監視中に生成される通知は、上記の例に限定されず、通知の使用は、上記の使用事例に限定されない。監視プロセスの任意の組合せを、上記のプロセスのうちの任意の１つ又は複数を含む特定のシステムで実装することができる。セル状態モデル（例えば、等価セル回路モデル）に基づくものとして説明された関数は、セル状態パラメータの測定の分解能（例えば、電位、電流、温度センサの分解能）に基づく適切な精度で、関数の入力にキーとなるルックアップテーブルを提供することによって、実装することができる。いくつかの実施形態では、監視パラメータの決定は、関数への入力がルックアップテーブルによってカバーされる範囲内にあることを条件とすることができる。
本発明を特定の実施形態を参照して説明してきたが、本開示にアクセスする当業者であれば、変形及び修正が可能であることを理解するであろう。本明細書に説明の種類の電池監視システム及びプロセスは、任意の数の電池又は任意の数の電池セルを監視するために使用することができ、システム及びプロセスは、様々な電池技術を使用して実装されたセルに適合させることができる。電池監視中に生成される通知は、上記の例に限定されず、通知の使用は、上記の使用事例に限定されない。監視プロセスの任意の組合せを、上記のプロセスのうちの任意の１つ又は複数を含む特定のシステムで実装することができる。セル状態モデル（例えば、等価セル回路モデル）に基づくものとして説明された関数は、セル状態パラメータの測定の分解能（例えば、電位、電流、温度センサの分解能）に基づく適切な精度で、関数の入力にキーとなるルックアップテーブルを提供することによって、実装することができる。いくつかの実施形態では、監視パラメータの決定は、関数への入力がルックアップテーブルによってカバーされる範囲内にあることを条件とすることができる。
【0090】
本明細書に説明の種類の計算演算は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、モバイル装置（例えば、スマートフォン）などの一般的に従来の設計のコンピュータシステムに実装することができる。このようなシステムは、プログラムコードを実行する１つ又は複数のプロセッサ（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）として使用可能な汎用マイクロプロセッサ、及び／又は拡張された並列処理能力を提供することができるグラフィックプロセッサ（ＧＰＵ）などの専用プロセッサ）、プログラムコード及びデータを記憶するメモリ及び他の記憶装置、ユーザ入力装置（例えば、キーボード、マウス又はタッチパッドなどのポインティング装置、マイクロフォン）、ユーザ出力装置（例えば、ディスプレイ装置、スピーカ、プリンタ）、複合入出力装置（例えば、タッチスクリーンディスプレイ）、信号入出力ポート、ネットワーク通信インタフェース（例えば、イーサネットインタフェースなどの有線ネットワークインタフェース及び／又はＷｉ－Ｆｉなどの無線ネットワーク通信インタフェース）などを含むことができる。特許請求される発明の様々な特徴を組み込んだコンピュータプログラムは、符号化され、様々なコンピュータ可読記憶媒体に記憶されてもよく、適切な媒体としては、磁気ディスク又はテープ、コンパクトディスク（ＣＤ）又はＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）などの光記憶媒体、フラッシュメモリ、及び他の非一時的な媒体が挙げられる。（データの「記憶」は、搬送波などの一時的媒体を使用したデータの伝播とは異なることを理解されたい。）プログラムコードを符号化したコンピュータ可読媒体は、互換性のあるコンピュータシステム又は他の電子装置と共にパッケージ化されてもよく、又はプログラムコードは、電子装置とは別に（例えば、インターネットダウンロードを介して、又は別個にパッケージ化されたコンピュータ可読記憶媒体として）提供されてもよい。
【0091】
本明細書で使用される全ての数値は例示を目的としており、変更され得ることを理解されたい。また、規模感を出すために範囲を定めている場合があるが、開示された範囲外の数値も排除していない。
【0092】
本明細書の全ての図は概略図であることも理解されたい。特に明記しない限り、図面は、そこに示された要素の特定の物理的配置を示唆するものではなく、又は示された全ての要素が必要であることを意味するものでもない。本開示にアクセスする当業者は、本開示において図面に示されているか又は他の方法で説明されている要素を修正又は省略することができ、図示又は説明されていない他の要素を追加することができることを理解するであろう。
【0093】
上記の説明は例示であり、限定的なものではない。本発明の多くの変形例は、本開示を検討することにより当業者に明らかになるであろう。したがって、特許保護の範囲は、上記の説明を参照して決定されるべきではなく、その代わりに、その全範囲又は均等物と共に以下の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
