(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池（１０）の平衡装置（１６）であって、並列に接続されるようになっている複数の電池（１０）の充電状態（ＳＯＣ）の平衡処理を行なうように構成され、前記電池を互い且つ外部負荷（１４）から接続解除した後に平衡状態を判断するようになっており、各々の前記電池（１０）は複数の電池セル（１３）に分けられ、少なくとも１つの均等化装置（１１）が各電池（１０）内に配置されて前記電池内の電池セル（１３）を平衡させる平衡装置（１６）において、
少なくとも、各電池（１０）内の少なくとも１つの電池セル（１３）の電圧に関する情報を前記均等化装置（１１）から収集するように構成されると共に、前記収集された情報に基づいて前記電池（１０）の平衡状態を判断し、更に、前記平衡状態によって少なくとも１つの電池セル（１３）の目標セル電圧を判断すると共に、前記目標セル電圧を各均等化装置（１１）に供給して前記電池セル（１３）の前記平衡化を制御するように構成され、前記電池を放電且つ／又は充電して、前記平衡処理の終了時に前記電池に関して同じ又は同様の充電状態を達成するように構成されることを特徴とする電池（１０）の平衡装置（１６）。
【請求項２】
更に、少なくとも１つの電池セルの温度に関する情報を前記均等化装置から収集するように構成される、請求項１に記載の電池（１０）の平衡装置（１６）。
【請求項３】
自身が接続される全ての電池内の各均等化装置に前記目標セル電圧を供給するように構成される、請求項１又は２のいずれかに記載の電池（１０）の平衡装置（１６）。
【請求項４】
前記電池が互い及び前記負荷から接続解除された後にある時間が経過するまで前記平衡状態の前記判断を待つように構成される、請求項１乃至３のいずれかに記載の電池（１０）の平衡装置（１６）。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の電池（１０）の平衡装置（１６）を含む自動車システム。
【請求項６】
並列に接続されるようになっていると共に互い及び外部負荷（１４）から接続解除される複数の電池（１０）の充電状態の平衡処理を行なう方法であって、各々の前記電池は複数の電池セル（１３）に分けられ、少なくとも１つの均等化装置（１１）が各電池（１０）内に配置されて前記電池（１０）内の電池セル（１３）を平衡させる方法において、前記方法が、
−少なくとも、各電池内の少なくとも１つの電池セル（１３）の電圧に関する情報を前記均等化装置（１１）から収集する段階（１９）と、
−平衡状態を判断する前に前記電池を互い且つ外部負荷から接続解除する段階と、
−前記収集された情報に基づいて前記電池（１０）の前記平衡状態を判断する段階（２０）と、
−前記平衡状態によって電池セルの目標セル電圧を判断する段階（２１）と、
−前記目標セル電圧を各均等化装置（１１）に供給して前記電池セル（１３）の前記平衡化を制御する段階（２２）と、
−前記電池を放電且つ／又は充電して、前記平衡処理の終了時に前記電池に関して同じ又は同様の充電状態を達成する段階とを行なうことを含むこと特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互い及び少なくとも１つの外部負荷から接続解除される複数のエネルギー貯蔵システムの充電状態の平衡処理を行なうように構成されるエネルギー貯蔵システム平衡装置に関する。本発明は、更にまた、自動車システムに関する。本発明は、更に、こうした平衡処理を行なう方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電可能且つ放電可能な電気エネルギー貯蔵システムは通常的に電池と呼ばれており、多くの用途に用いられる。ハイブリッド車及び電気自動車の登場以来、電池を最適化して電気エネルギーの充電と貯蔵と使用とを最適化可能にする必要性が高まってきた。
【０００３】
各々の電池モジュールは、直列及び／又は並列に接続される複数の電池セル（単電池）を有する。充電−放電特性は、複数の電池セル間で異なる。従って、電池セルの過充電又は過放電を防ぐために、各電池セルの充電−放電を個別に制御して、電池内の電池セルを平衡させることが好ましい。
【０００４】
このため、各電池は、その電池内のセルを平衡させるように構成される少なくとも１つの均等化システムを含む。均等化システムの個数は、電池がその電池を形成するために一括して取り付けられる電池モジュールを含む場合及び１つの均等化システムを用いて１つ又は複数のセルが制御される場合は、セルの個数によって異なることがある。均等化システムの個数に係わりなく、電池の全てのセルは、このシステムによって監視され且つ管理されて、電池の経時的且つ容量的な最適化が約束される。
【０００５】
特許文献１に均等化装置が開示されている。この装置は、直列に接続される複数の電池セルの充電状態の均等化処理を行なうように構成され、複数の電池セルは複数のグループに分けられる。この均等化装置は、複数の電池セルの充電状態を検出するように構成される検出器と、検出器により検出される充電状態に基づいて複数のグループのいずれかを選択するように構成されるセレクタと、セレクタにより選択されるグループに属する電池セルを選択的に放電させることにより均等化処理を行なうように構成される均等化処理装置とを含む。
【０００６】
２つ以上の電池を並列に接続する場合は、均一な電力配分と均等な寿命とを得るために、それらの電池が同じ充電状態（ＳＯＣ）にあることが重要である。一旦電池を互いに接続すると、電池は、互いに物理的に接続されているため、同じ電圧レベルに達しようとする。これは所望の特徴であり、その理由は、時間が十分に長い場合は電池が同じパック電圧に達し、それによって同じＳＯＣレベルが得られて温度が一定に保たれるためである。これにより、システムの電池は均等に作業負荷を分け合い且つエネルギーを分配しようとする。
【０００７】
そこで、均一な電力配分と均等な寿命とを得るために異なる電池の充電状態（ＳＯＣ）を確実に同じにすることが課題になる。電池が互いに接続される時点で異なるＳＯＣを有する場合は、たとえ同じ電圧レベルに安定するとしても自動的に同じＳＯＣに向かうことはない。その結果として、寿命も電池間で相違することになる。電池が不平衡であることによって引き起こされる異なるＳＯＣの状態で電池を使用すると、１つの電池が過剰に使用されて、そのために加速的な劣化を起こす危険性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０１２７９６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、互いに接続される複数の電池の充電状態が確実に同じになるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、互い及び外部負荷から接続解除される複数のエネルギー貯蔵システムの充電状態の平衡処理を行なうように構成されるエネルギー貯蔵システム平衡装置を手段として達成される。こうした各々の貯蔵システムは複数のセルに分けられ、少なくとも１つの均等化装置が各貯蔵システムに配置されて、そのシステム内のセルを平衡させる。この平衡装置は、少なくとも、各貯蔵システム内の少なくとも１つのセルの電圧に関する情報を均等化装置から収集すると共に、収集した情報に基づいて貯蔵システムの平衡状態を判断するように構成される。この平衡装置は、更に、平衡状態によって目標セル電圧を判断すると共に、この目標電圧を各均等化装置に供給してセルの平衡化を制御するように構成される。
【００１１】
本発明の目的は、更に、請求項１〜５のいずれかに記載のエネルギー貯蔵システム平衡装置を含む自動車システムを手段として達成される。
【００１２】
本発明の目的は、更に、互い及び外部負荷から接続解除される複数のエネルギー貯蔵システムの充電状態を平衡処理する方法を手段として達成される。こうした各々の貯蔵システムは複数のセルに分けられ、少なくとも１つの均等化装置が各貯蔵システムに配置されて、そのシステム内のセルを平衡させる。平衡装置は、
−少なくとも、各貯蔵システム内の少なくとも１つのセルの電圧に関する情報を均等化装置から収集するステップと、
−収集した情報に基づいて貯蔵システムの平衡状態を判断するステップと、
−平衡状態によって目標セル電圧を判断するステップと、
−この目標電圧を各均等化装置に供給してセルの平衡化を制御するステップとを行なう。
【００１３】
本発明により、電池を制御して同じ充電状態域内にすることができ、このことは、電池が同じ電力性能及びエネルギー性能を有することを意味する。これは、更にまた、電池が均等に使用されると共に同時に劣化することを意味する。電池セットの残存容量が常に分かり、寿命が最適化される。更に、１つの電池内のセルを増やす代わりに電池を互いに接続することには、更に多くの利点がある。
【００１４】
以下に添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】エネルギー貯蔵システムの構成を示すブロック図である。
【図２】平衡装置により平衡化される複数のエネルギー貯蔵システムを有する機構の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に従った方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に説明する本発明の実施形態及び更に他の発展形態は、単なる例と見なされ、特許請求の範囲によって定められる保護範囲をいかなる形でも制限することはないものとする。
【００１７】
本発明は、互い及び少なくとも１つの外部負荷から接続解除される複数のエネルギー貯蔵システムの充電状態の平衡処理を行なうように構成されるエネルギー貯蔵システム平衡装置及び自動車システムに関する。詳細な説明では主に平衡装置について説明するが、当業者には、平衡処理の方法も詳細な説明に開示されていることが理解される。
【００１８】
図１は、電池により以下に例示されるエネルギー貯蔵システム１０の構成を示すブロック図である。当業者には、必要な特徴を具備するその他のエネルギー貯蔵システムも本発明の範囲内に含まれることが理解される。電池は、直列及び／又は並列に接続される複数の電池セル１３（単電池）を有する。図１のセル構造は、セルが電池内において並列及び直列に配置されることを示すための一例である。
【００１９】
充電−放電特性は、複数の電池セル１３間で異なる。従って、充電状態を確実に平衡させるために、各電池セルは均等化装置１１により個別に制御される。これは、電池の過充電又は過放電を防ぐためである。このため、各電池は、電池内のセルを平衡させるように構成される少なくとも１つの均等化システムを含む。
【００２０】
均等化システム１１の個数は、電池がその電池を形成するために一括して取り付けられる電池モジュールを含む場合及び１つの均等化システムを用いて１つ又は複数のセルが制御される場合は、セル１３の個数によって異なることがある。均等化システムの個数に係わりなく、電池の全てのセルは、このシステムによって監視され且つ管理されて、電池の経時的且つ容量的な最適化が約束される。均等化装置に関する詳細は本特許出願には記載しないが、当業者には、様々なタイプの均等化装置を本発明と一緒に用いてよいことが理解されよう。以下に示すように、個別のセルの充電状態に関する情報が収集されると共に、更なる平衡処理に用いられる。
【００２１】
２つ以上の電池を並列に接続する場合は、均一な電力配分と均等な寿命とを得るために、それらの電池が同じ充電状態（ＳＯＣ）にあることが重要である。従って、均一な電力配分と均等な寿命とを得るために異なる電池の充電状態（ＳＯＣ）を確実に同じにすることが課題となる。電池が互いに接続される時点で異なるＳＯＣを有する場合は、たとえ同じ電圧レベルに安定するとしても自動的に同じＳＯＣに向かうということはない。その結果として、寿命も電池間で相違することになる。
【００２２】
従って、本発明は、複数のエネルギー貯蔵システムの充電状態の平衡処理を行なうように構成される、図２に示すエネルギー貯蔵システム平衡装置１６を提案する。この平衡化を行なうために、エネルギーシステムは互い及び全ての外部負荷１４から接続解除される。平衡装置は、好ましくは貯蔵システムを互い及び負荷から接続解除した後に平衡状態を判断するように構成される。
【００２３】
平衡装置１６は特に、少なくとも、各貯蔵システム１０内の少なくとも１つのセル１３の電圧に関する情報を均等化装置１１から収集すると共に、収集した情報に基づいて貯蔵システム１０の平衡状態を判断するように構成されることを特徴とする。この装置は、更に、平衡状態によって目標セル電圧を判断すると共に、この目標電圧を各均等化装置に供給してセル１３の平衡化を制御するように構成される。
【００２４】
これは、平衡装置１６が電圧に関する情報を均等化装置１３から接続部１７を介して収集することを意味する。これらの接続部は有線又は無線であり、好ましくは適切なプロトコル（ディジタル情報）に基づく。当業者には、様々な接続部が本発明の範囲内に含まれることが理解される。平衡装置は、次に、目標電圧値を均等化装置に送り返し、均等化装置は、この情報を使ってセルを適切に同じ電圧レベルに平衡（充電、放電）させる。
【００２５】
このため、本発明の目的は、互いに接続されることを意図される各エネルギー貯蔵装置１０内の各セル１３における平衡化を制御することにある。この制御は、各エネルギー貯蔵システム内の各セルの充電状態の判断に基づく。基本的な条件は、平衡手順の開始時にエネルギー貯蔵システム（電池パック）１０が互い又は負荷１４に接続されていないことである。
【００２６】
本発明により、電池を制御して同じ充電状態域内にすることができ、このことは、電池が同じ電力性能及びエネルギー性能を有することを意味する。これは、更にまた、電池が均等に使用されると共に同時に劣化することを意味する。電池セットの残存容量が常に分かり、寿命が最適化される。更に、１つの電池内のセルを増やす代わりに電池を互いに接続することには、更に多くの利点がある。
【００２７】
本発明は、更にまた、こうした平衡処理を行なう方法に関する。この方法では、図３に示すように、
１．平衡装置１６が、少なくとも、各貯蔵システム内の少なくとも１つのセル１３の電圧に関する情報を均等化装置１１から収集するステップ１９と、
２．この平衡装置１６が、更に、収集した情報に基づいて貯蔵システム１０の平衡状態を判断するステップ２０と、
３．平衡装置１６が、更に、平衡状態によって目標セル電圧を判断するステップ２１と、
４．平衡装置１６が、この目標電圧を各均等化装置１１に供給してセル１３の平衡化を制御するステップ２２との４つのステップが行なわれる。
【００２８】
自動車システムは、エネルギー貯蔵システム平衡装置を含んでよい。これは、自動車が既にターンオフ（キーオフ）された時に平衡化が開始されることを意味し、平衡装置は同時に貯蔵システムを互い及び負荷から接続解除する。その後、キーがターンオフされると、エネルギー貯蔵システム（電池パック）の状態が測定される。
【００２９】
エネルギー貯蔵システムが不平衡である場合には、平衡処理は、平衡装置１６が貯蔵システム１０を放電且つ／又は充電して、その貯蔵システムに関して同じ又は同様の充電状態を達成する手順を含む。充電及び放電は、好ましくは、平衡化手順が可能な限り効率的（エネルギー損失、時間）になるように調整される。
【００３０】
本発明は、エネルギー貯蔵システムの効率的な充電／放電を達成するある一定の充電／放電手順に制限されるわけではない。充電は充電器１５によって行なわれてよく、放電は、エネルギー貯蔵システムにおいて一般的に用いられる抵抗又は必要に応じて外部抵抗のいずれかの抵抗によりエネルギーを燃焼させることによって行なわれる。
【００３１】
平衡装置１６が自動車システムに配置される場合は、自動車システムは、貯蔵システムに関して同じ又は同様の充電状態を達成するための貯蔵システムの放電及び／又は充電に寄与することができる。そこで、充電は自動車システム（発電機からの電力、外部電源等）によって行なわれる。放電は、自動車システム内の負荷１４を接続することによって行なわれる。
【００３２】
平衡装置１６は、好ましくはスイッチ１８を制御することにより充電と放電とを制御する。スイッチの選択的な結合及び結合解除により、エネルギー貯蔵システムを互い、負荷１４又は充電器１５に対して接続又は接続解除することができる。負荷１４と充電器１５とを用いる理由は、有利な開始条件を得るため及び／又はエネルギー貯蔵システムの開始条件を均等化するためであり、これはエネルギー貯蔵システムのより良好且つ迅速な平衡化に繋がる。
【００３３】
平衡装置１６は、更に、少なくとも１つのセルの温度に関する情報を均等化装置から収集することができる。充電状態を判断する時は温度及びヒステリシスの差を考慮に入れることが好ましい。均等化装置から収集されると共に各エネルギー貯蔵システムの充電状態を判断するために用いられるあらゆる情報は、本発明の範囲内に含まれる。
【００３４】
平衡装置は、好ましくは、自身が接続される全ての貯蔵システム１０内の各均等化装置１１に目標電圧を供給するように構成される。更にまた、エネルギー貯蔵システム１０の平衡装置１６は、更に、貯蔵システムが互い及び負荷から接続解除された後にある時間が経過するまで平衡状態の判断を待つように構成される。このようにすると、エネルギー貯蔵が非動作モードになる時間が得られ、以って判断の結果が向上することが確実になる。自動車システム内で使用する場合は、２０分の時間が好ましい。
【００３５】
本発明の好適な実施形態を上記に説明したが、当業者には、本発明の範囲及び精神から逸脱することなしに変形態様及び改変形態が明らかになるであろうことが理解される。従って、本発明の範囲は、上記の説明及び図面により解釈される以下の特許請求の範囲によってのみ判断されるものとする。
【００３６】
図２に、平衡装置１６が充電及び放電のためにスイッチ１８を操作してエネルギー貯蔵システム１１を接続解除及び接続する方法が示されている。平衡化手順中は、エネルギー貯蔵システムは、自身が動作時にエネルギーを供給するシステムから接続解除される。平衡装置が自動車に配置される場合は、平衡装置はその他のスイッチ（図示せず）を操作して貯蔵システムを自動車システムに対して接続解除及び接続する。キーがターンオフされると、エネルギー貯蔵システムは自動車システムから接続解除される。キーがターンオンされると、エネルギー貯蔵システムは再び自動車システムに接続されて、自動車を動作させるために用いられるエネルギーを供給する。貯蔵システムが再び自動車システムに接続されると、本発明の平衡化手順は中断される。
【図１】
0005885044.tif 000002
【図２】
0005885044.tif 000003
【図３】
0005885044.tif 000004