(57)【要約】      （修正有）【課題】バッテリの定電流での充電状態を測定する方法。従来、充電状態を正確に測定ができなかったので正確に測定を可能とする方法を提供する。【解決手段】バッテリを、回復期（ｔ１−ｔ２）の間、バッテリの両端子の電圧が、定常電圧に安定するまで、開回路にする。次に、一定のテスト電圧を、バッテリの両端子に、プリセット試験期間（ｔ２−ｔ３）の間、加えられる。バッテリの充電状態は、あらかじめ得た校正曲線を用いて、試験期間の最後に測定した電流と対応させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリセット定格電圧を有するバッテリの充電状態を測定する方法であって、定電流での、バッテリの充電、又は、放電の段階を備え、
前記段階の過程において、前記方法は、以下の連続するステップ、
−回復期（ｔ１−ｔ２）に、前記バッテリを開回路にし、
−プリセット試験期間（ｔ２−ｔ３）に、一定のテスト電圧を前記バッテリの両端子に加え、
−前記試験期間の最後に、電流を測定し、
−前記試験期間の最後に測定した前記電流に対応する充電状態を校正曲線によって決定する、
を備えることを特徴とする、バッテリの充電状態を測定する方法。
【請求項２】
前記バッテリの放電段階中における、前記テスト電圧は、前記バッテリの前記定格電圧より低いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バッテリの充電段階中における、前記テスト電圧は、前記バッテリの前記定格電圧より高いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記回復期（ｔ１−ｔ２）の期間が３０秒以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
前記試験期間が３０秒以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
前記校正曲線は、少なくとも１つの基準バッテリから、前記基準バッテリの既知の充電状態における電流値を、試験期間の最後に定電圧で測定することによって、得ることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリセット定格電圧（preset rated voltage）を有するバッテリの充電状態(state of charge)を測定（determining）する方法に関し、定電流でのバッテリの充電または放電の段階（phase）を備える。
【背景技術】
【０００２】
鉛バッテリにおいては、充電状態(state of charge)（ＳＯＣ）は、通常、バッテリの開回路電圧（open-circuit voltage）（ゼロ電流）によって、広範囲に変化する。例えば、図１に示されているように、１Ｖより大きい値で変化する（Sabine Piller らによる「Methods for state-of-charge determination and their applications」Journal of power sources、2001年、113 -120頁）。これらのバッテリの充電状態は、単純なポテンシャル補間（potential interpolation）によって測定することができ、その精度は、電圧測定の精度と、バッテリの充電状態に対するバッテリ放電曲線（curve of battery discharge）の傾きと、に依存する。
【０００３】
充電状態は、非ゼロ電流（non-zero current）での電圧測定からも測定できる。その精度は、電圧測定の精度と、電流と、充電状態に対応するバッテリの放電特性曲線（curve characteristic of discharging）の傾きと、非ゼロ電流でのバッテリの電圧推定パラメーター（voltage estimation parameter）と、に依存する。
【０００４】
ポテンシャル補間によるこれらの方法は、現在のバッテリ、特に、図２に示されているような、充電状態と放電状態との電圧差が小さい、二相材料からなるカソードを有するリチウム・イオン・タイプのバッテリには、適していない。
【０００５】
公知の方法においては、バッテリの充電状態は、時間に対する電流の積分によっても測定することができる。この方法を使った推定の精度は、電流測定の精度に依存する。さらに、バッテリ・セルの初期容量（initial capacity）と、全負荷容量（total load capacity）と、ファラデー効率（faradic efficiency）と、を知る必要がある。この技術の大きな欠点の１つは、サイクルを繰返すとエラーが集積し、不確かさを増大させていることである（バッテリ・セルの初期容量の推定と、バッテリ・セルの全容量と、に依存する）。従って、この技術は、バッテリの長期管理（long-term management）には適していない。
【０００６】
欧州特許出願ＥＰ  ０３２３５３９には、リチウム・バッテリの充電状態を測定する方法が開示されている。この方法は、比較的平坦な放電曲線を有するバッテリの充電状態を、測定することを可能にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、先行技術の持つ欠点のない、正確な充電状態を測定する方法を提供することである。
【０００８】
この目的は、以下のことにより、達成される。すなわち、各段階の過程において、方法は、以下の連続するステップを備える。
【０００９】
−回復期（t１−t２）に、バッテリを開回路（open-circuit）にし、
−プリセット試験期間（preset test period）（t２−t３）に、一定のテスト電圧をバッテリの両端子に加え、
−試験期間の最後に、電流を測定し、
−試験期間の最後に測定した電流に対応する充電状態を校正曲線(calibration curve)によって決定（determining）する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】先行技術による、バッテリの充電状態を、開回路電圧測定を用いて決定する曲線を示す。
【図２】リチウム・イオン・バッテリの充電状態に対する開回路電圧の変化を示す。
【図３】定電流で放電している間のバッテリの放電深度（depth of the discharge）に対する電圧変化（progression）を示す。
【図４】本発明による、充電状態測定段階中の、時間に対するバッテリの電圧変化を示す。
【図５】図４中のｔ２とｔ３との間の時間に対する、派生電流（resulting current）の変化を示す。
【図６】充電状態に対する、試験期間の最後の電流を示す、校正曲線(calibration curve)を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
他の利点及び特徴は、本発明の特定の実施形態についての下記の説明により、さらに明らかにされる。本発明の特定の実施形態は、単なる例示であって、本発明を限定するものではない。本発明の特定の実施形態は、添付の図面により示される。
【００１２】
図３から図５で図示されているように、定電流での充電又は放電の段階中の、プリセット定格電圧を有するバッテリの充電状態を測定するためには、最初に、バッテリを回復させる（図４のt1時）。すなわち、バッテリは、開回路（open-circuit）にされ、電流を消費しなくなる。このように回復期に置くことによって、定電圧状態（stable voltage state）に対応する定常電圧（plateau voltage）に達するまで、バッテリの両端子の電圧の変化が、起きる。この変化は、バッテリが放電段階中（図３と図４）にある場合には、電圧上昇に相当し、バッテリが充電段階中にある場合には、電圧降下に相当する。バッテリの回復期（t1 - t2）は、好ましくは、３０秒以上であり、定常電圧に達するには十分な期間である。
【００１３】
そして、好ましくは３０秒以内である、プリセット試験期間の間（t２−t３）に、一定のテスト電圧（constant test voltage）が、バッテリの両端子に加えられる（図４のt２の時）。測定される充電状態の値に与える影響をできるだけ小さくするために、試験期間は、実際に、短くする必要がある。このテスト電圧は、一定であって、放電段階中に充電状態の測定が行われた場合は、バッテリの定格電圧（rated voltage）より低く、充電段階中に充電状態の測定が行われた場合は、バッテリの定格電圧より高い。一定のテスト電圧を加えることにより、バッテリの派生電流（resulting current）Ｉの変化が生ずる。放電段階に対応する図５に示されているように、試験期間の間、電流Ｉは増加する。試験期間の最後に、派生電流Ｉが測定される。試験期間の最後に測定したこの電流は、校正曲線（calibration curve）から、バッテリの充電状態を測定するために使われ、この校正曲線は、少なくとも１つの基準バッテリ（reference battery）から得られ、試験期間の最後に測定した電流（定電流での放電または充電）と、バッテリの充電状態と、の間の関係（図６）を提供する。従って、校正曲線は、少なくても１つの基準バッテリから、その基準バッテリの既知の充電状態の値に対する、試験期間の最後の電流値を、定電圧で測定することによって、得ることができる。
【００１４】
図６で図示されている校正曲線は、例えば、２つの基準バッテリ・セルから、様々な放電レジーム（regime）を有する異なる充電状態に対する、試験期間の最後の電流を定電圧で測定することによって、得ることができる。定電流での充電中の充電状態を測定する方法と同じように、校正曲線を得ることができる。得られた標準偏差は５％より少ないことから、測定の再現性は信頼できる。
【００１５】
一例として、上記で説明した方法は、定電流での放電段階中の容量が１．４ＡｈであるLiFePO4/LiC6 バッテリに、使われている。図３は、充電状態測定段階中の放電深度（depth of discharge）に対する電圧変化(progression)を示す。図４は、充電状態測定段階中の、時間に対するバッテリ電圧の挙動を詳細に示したものである。従って、回復期（I＝０）は、時間t１に始まり、回復期（t１−t２）の継続時間は、約６００秒である。電圧は、時間t１での３．２４Ｖから、定常電圧である３．３Ｖにまで上昇する。２０秒間の試験期間（ｔ２−ｔ３）の間、バッテリは、時間ｔ２において、一定の放電電圧３．１５Ｖで放電する。試験期間の最後の時間t３に測定した電流Iは、−１．０３Ａである（図５）。この値を、図６の校正曲線上に入れることで、対応するバッテリの充電状態を測定でき、上記例では、充電状態は、６０％となる。
【００１６】
この方法は、例えば、定電流で放電している間の、１．３ｍＡｈのLiFePO4/Li4Ti5O12ボタン電池（cell）の充電状態を測定するためにも使うことができる。６０秒間の回復期（t１−t２）の後に、１．８４Ｖの負荷テスト電圧（imposed test voltage）が３０秒間加えられる。回復期の最後に測定した電流は、セルの充電状態を、対応する校正曲線から測定することを可能にする。
【００１７】
特に、テスト電圧は、使用された電極の性質に、ある程度、依存する。
【００１８】
回復期間と試験期間とは、懸案のバッテリのタイプに従って測定される。例えば、Li4Ti5O12から形成されている負極（negative electrode）を有するバッテリのような、急速充電バッテリは、短い時間を必要とする（例えば、約３０秒間の回復期間と１秒間の試験期間）。一方、LiC６から形成されている負極を有するバッテリのような、低速充電バッテリは、長い時間を必要とする（６００秒間の回復期間と、２０から３０秒間の試験期間）
【００１９】
測定の精度（全容量の１０％未満）は、従来技術よりも優れている。
【００２０】
この効果的な方法は、特に、発電分野（photovoltaic field）に適用することができる。電話やコンピュータのような移動機器分野や、または、正確な充電計測器を使うことが重要な、ハイブリッド自動車や電気自動車の分野にも、適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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