(57)【要約】  マルチセルバッテリを均等化する方法を記載する。マルチセルバッテリの各セルの整合距離を測定する。整合距離は、セルの現在の電荷量に基づいて、目標整合点を達成するために必要な電荷量の変化量を定義する。測定した整合距離に基づいて、１個以上の不均等セルを特定する。次に、整合距離に従って現在の電荷量を調整することによって各不均等セルを均等化する。１つの実施形態では、目標整合点が目標充電率である。別の実施形態では、目標整合点が目標電荷量である。【選択図】図１
2019534671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチセルバッテリを均等化する方法であって、
セルごとに、前記セルの現在電荷量に基づいて目標整合点を達成するために必要な電荷量の変化量を定義する整合距離を測定することと、
測定された前記整合距離に基づいて１個以上の不均等セルを特定することと、
測定された前記整合距離に従って各不均等セルの前記現在電荷量を調整することによって各不均等セルを均等化すること
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記目標整合点が所定の目標充電率を含む方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、各セルの整合距離の測定がさらに前記セルの充電容量に基づく方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記目標整合点が目標電荷量を含む方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法であって、前記目標整合点が前記マルチセルバッテリの動作範囲内に含まれ、前記動作範囲が、使用中に前記マルチセルバッテリの各セルが動作する範囲である電荷量または充電率の範囲を含む方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、充電率が１００％である第２のセルの電荷量と第１のセルの電荷量が等しい状態である最大充電率によって前記動作範囲の境界が規定される方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記第１のセルが、充電率１００％のときに前記マルチセルバッテリの前記セルの中で最大の電荷量を持ち、前記第２のセルが、充電率１００％のときに前記マルチセルバッテリの前記セルの中で最小の電荷量を持つ方法。
【請求項８】
請求項２または３に記載の方法であって、各不均等セルの均等化が、前記マルチセルバッテリの前記セルの前記整合距離が整合距離設定点の所定の範囲内になるように各不均等セルの前記現在電荷量を調整することを含み、前記整合距離設定点が、測定された前記整合距離のうち１つ以上の関数を含む方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記整合距離設定点が、測定された前記整合距離の平均を含む方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、前記整合距離設定点が、測定された前記整合距離のうち、事前設定された個数の最小値の平均を含む方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法であって、不均等セルの均等化が、前記不均等セルの前記現在電荷量をＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅ＝（整合距離設定点−整合距離）の絶対値による量だけ調整することを含む方法。
【請求項１２】
請求項４に記載の方法であって、各不均等セルの均等化が、前記マルチセルバッテリの前記セルの前記整合距離が前記目標電荷量の所定の範囲内になるように各不均等セルの前記現在電荷量を調整することを含み、前記目標電荷量が前記セルの前記電荷量の関数を含む方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記目標電荷量が、前記セルの前記電荷量の平均を含む方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法であって、前記目標電荷量が、前記セルの前記電荷量のうち、事前設定された個数の最小値の平均を含む方法。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法であって、不均等セルの均等化が、前記不均等セルの前記現在電荷量をＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅ＝（目標電荷量−前記セルの電荷量）の絶対値による量だけ調整することを含む方法。
【請求項１６】
請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法であって、各不均等セルについてＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅが所定の電荷量しきい値より大きいかどうかを判別し、該条件が満たされている場合に前記不均等セルの前記均等化を行うことをさらに含む方法。
【請求項１７】
請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の方法であって、各不均等セルについてＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅが前記整合距離設定点の所定の割合より大きいかどうかを判別し、該条件が満たされている場合に前記不均等セルの前記均等化を行うことをさらに含む方法。
【請求項１８】
請求項２または３に記載の方法であって、ＳＯＣ＿ｉを前記セルの現在充電率とし、ＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔを前記目標充電率とし、ＳＯＨ＿ｉを前記セルの劣化状態とし、ＮａｍｅＰｌａｔｅＣａｐａｃｉｔｙを前記セルの定格容量として
（ＳＯＣ＿ｉ−ＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔ）×ＳＯＨ＿ｉ×ＮａｍｅＰｌａｔｅＣａｐａｃｉｔｙ
に従って整合距離が測定される方法。
【請求項１９】
請求項２または３に記載の方法であって、前記目標充電率が２０％から８０％まである方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記目標充電率が５０％から６０％まである方法。
【請求項２１】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の方法であって、前記目標充電率、前記目標電荷量、またはそれら両方を前記マルチセルバッテリのユーザが設定することができる方法。
【請求項２２】
請求項４に記載の方法であって、ＳＯＣ＿ｉを前記セルの現在充電率とし、ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔを前記目標電荷量とし、ＳＯＨ＿ｉを前記セルの劣化状態とし、ＮａｍｅＰｌａｔｅＣａｐａｃｉｔｙを前記セルの定格容量として
（ＳＯＣ＿ｉ×ＳＯＨ＿ｉ×ＮａｍｅＰｌａｔｅＣａｐａｃｉｔｙ）−ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔ
に従って整合距離が測定される方法。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法であって、各不均等セルについて前記不均等セルから流出する電流が所定の電流範囲内であるかどうかを判別し、該条件が満たされている場合に前記不均等セルの前記均等化を行うことをさらに含む方法。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法であって、各不均等セルについて前記不均等セルの現在充電率が充電率しきい値より大きいかどうかを判別し、該条件が満たされている場合に前記不均等セルの前記均等化を行うことをさらに含む方法。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか１項に記載の方法であって、不均等セルの均等化が、前記不均等セルに接続された均等化回路を使用して前記不均等セルに保持されている電荷を放出することを含む方法。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか１項に記載の方法であって、不均等セルの均等化が、前記不均等セルに接続された均等化回路を使用して前記不均等セルを充電することを含む方法。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれか１項に記載の方法であって、前記整合距離を測定する前に、前記マルチセルバッテリの各セルの両端で測定された電圧が定常状態に到達したかどうかを判別することをさらに含む方法。
【請求項２８】
請求項１〜２７のいずれか１項に記載の方法であって、前記セルの動作中に前記整合距離が測定される方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法であって、前記マルチセルバッテリの放電電流が１Ａを超えている間に前記整合距離が測定される方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法であって、前記マルチセルバッテリの放電電流が５Ａを超えている間に前記整合距離が測定される方法。
【請求項３１】
請求項１〜３０のいずれか１項に記載の方法であって、前記マルチセルバッテリの前記セルの充電容量が２０Ａｈと１８０Ａｈの間である方法。
【請求項３２】
請求項１〜３１のいずれか１項に記載の方法であって、前記マルチセルバッテリが１００ｋＷと８００ｋＷの間の最大出力電力を供給するように構成される方法。
【請求項３３】
請求項１〜３２のいずれか１項に記載の方法であって、前記マルチセルバッテリが最大１０，０００Ａの放電電流を供給するように構成される方法。
【請求項３４】
マルチセルバッテリを均等化するためのシステムであって、
前記マルチセルバッテリの各セルに並列接続された均等化回路と、
１個以上のプロセッサと
を備え、前記プロセッサが、
セルごとに、前記セルの現在電荷量に基づいて目標整合点を達成するために必要な電荷量の変化量を定義する整合距離を測定し、
測定された前記整合距離に基づいて１個以上の不均等セルを特定し、
測定された前記整合距離に従って各不均等セルの前記現在電荷量を調整することによって各不均等セルを均等化する
ように構成されるシステム。
【請求項３５】
コンピュータによる読み込みが可能な一時的でない媒体であって、コンピュータによる読み込みが可能な命令が前記媒体に格納され、前記命令によって、コンピュータによる読み込み時に請求項１〜３３のいずれか１項に記載のステップが実行されるように構成される媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海運業界で使用される充電式リチウムイオン電池などのマルチセルバッテリを均等化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電式電池の一種にリチウムイオン電池がある。この電池は直列接続された多数のセルを備える。通常、電池はエンクロージャに収容し、電池モジュールを形成する。通常の運転条件においては、充電中に電気エネルギーが化学エネルギーに変換されて化学エネルギーとして蓄積され、蓄積された化学エネルギーが放電中に電気エネルギーに変換される。
【０００３】
モジュール内の各セルは、許容製作公差のために容量などのパラメータがわずかに異なっている。電池の使用中、および特に充放電を繰り返した後（すなわち充放電サイクルを繰り返した後）は、セルにおけるそのわずかな差により、徐々にセルが互いに異なる電圧に落ち着くようになる。各セルは直列接続されることから、電圧が最高のセルがその上限電圧に到達したときに充電を停止しなければならないほか、電圧が最低のセルがその下限電圧に到達したときに放電を停止しなければならず、実効容量が低下する。実効容量のこの制限を克服するために、リチウムイオンセルをときどき「均等化」できることは周知のとおりである。通常は、その実装のために、モジュール内に永続的に取り付けた均等化回路を使用する。電池のセルを均等化するために、すべてのセルの開路電圧がほぼ等しい（すなわち「均等化」された）状態になるまで、開路電圧が相対的に高いセルに保持されている電荷を放出する。
【０００４】
開路電圧（ＯＣＶ）とは、静置時間の後（すなわち、電流が流れておらず、セルが電気回路の一部にもなっていないとき）にセルが到達する電圧のことである。通常、リチウムイオンセルが漸近的にＯＣＶに到達するまでには１０〜３０分の静置が必要である。電池によっては、セルを直並列接続にして設計されることもある。例えば、電池モジュールを２４個の電池セルによって構成し、それらのセルを１２個のグループに分割し、各グループにおいて２個のセルを並列接続する場合が該当する。このように並列接続したセル群を「直列要素」という。直列要素の中のセルは、直接並列接続されていることから、一般に電圧が等しい。直列要素の電圧（すなわち直列要素内のすべてのセルの電圧）を「直列要素電圧」（ＳＥＶ）という。直列接続された単セルどうしの電圧が異なるのと同じ理由で、直列要素どうしの電圧は異なる。したがって、直列接続のみの電池も直並列接続の電池も均等化が必要になる。業界では一般に、１つの直列要素を１個、２個、３個またはそれ以上のセルから構成する。
【０００５】
電力が継続的に出力されることが重要な業界（海運業界など）においては、できるだけ停電が少なくなるように電池を運用することが重要である。特に、船舶に搭載する電池パック（直列接続された複数の電池モジュールを備える）は、船舶のさまざまな機能に電力を供給するために２４時間休みなく稼働することが多い。このような電池の運用に関する問題の１つに、セルを均等化するために電池モジュール（それどころか実際には電池パック全体）を回路から切り離す必要があることが挙げられる。理由は、セルを均等化するときには通常、各セルの電圧を継続的に測定して均等化をモニタし、所望の電圧に到達したときに均等化を停止できるようにするためである。しかし、電流がセルを流れているときはセルの内部抵抗のためにＳＥＶがＯＣＶから乖離することから、電池の動作中（すなわち放電中）にセルの電圧を測定すると、誤った電圧が測定される可能性がある。さらに、許容製作公差および経年変化のために内部抵抗はセルごとに異なる。したがって、充放電中の相対ＳＥＶはそれらのセルの相対ＯＣＶと異なる。このことから、通常は電池を均等化するときに電池を回路から切り離し、電力を供給しない状態にする。均等化のプロセスは比較的遅くなることがあるため、均等化に伴う切り離し時間が無視できなくなる場合もある（場合によっては丸１日以上かかる）。これが望ましくないのは明らかである。
【０００６】
したがって、当技術分野においては、先行技術による均等化システムに存在する現在の欠点の少なくとも一部に対処することに注力した、改良した新しい電池セル均等化方法が必要である。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の第１の側面では、マルチセルバッテリを均等化する方法を提供する。本方法は、セルの現在の電荷量に基づいて、目標整合点を達成するために必要な電荷量の変化量を定義する整合距離をセルごとに測定するステップを含む。本方法はさらに、測定した整合距離に基づいて１個以上の不均等セルを特定するステップを含む。本方法はさらに、測定した整合距離に従って各不均等セルの現在の電荷量を調整することによって各不均等セルを均等化するステップを含む。
【０００８】
電荷量は、セル内に保持されている電荷の量と定義できる。
【０００９】
目標整合点は、所定の目標充電率を含むことができる。目標整合点は目標電荷量を含むことができる。さらに、各セルの整合距離はセルの充電容量に基づいて測定できる。
【００１０】
ユーザ指定の整合点の近傍でセルを均等化すると、セル間の実効容量に差があっても電池のセルに応じた均等化の必要性を低下させることができて好都合である。
【００１１】
整合点が所定の目標充電率を含む実施形態において、各不均等セルの現在の電荷量を調整することによって各不均等セルを均等化するステップは、整合距離を互いに近づけるステップを含むことができる。整合距離を互いに近づけるステップは、各不均等セルの現在の電荷量を変化させることによって整合距離の差を縮小するステップを含むことができる。特に、各不均等セルの現在の電荷量を変化させることによって、整合距離を変化させて同一の値または所定の範囲に近づけることができる。
【００１２】
整合点が目標電荷量を含む実施形態においては、各不均等セルの現在の電荷量を調整することによって各不均等セルを均等化するステップが、整合距離が０に近づく、または０と見なす範囲内（設定可能）に収まるように整合距離を最小化するステップを含むことができる。
【００１３】
このように、先行技術によるセル均等化ではセルの充電率を等しくするためにセル電圧を等しくすることに焦点を合わせるのに対し、本発明の実施形態では、各セルを同一の目標整合点にするために必要な電荷の量を等しくしようと試みる。結果として、セルどうしの充電率、電荷量、またはそれら両方の相違を最小化して目標整合点の近傍にすることができる。
【００１４】
目標整合点はマルチセルバッテリの動作範囲内に含めることができる。この動作範囲は、使用中にマルチセルバッテリの各セルが動作する範囲である電荷量または充電率の範囲を含むことができる。したがって、セルの特定の動作範囲内に収まるように目標整合点を選択できる。目標充電率は、この動作範囲の中間内または中間付近に設定できる。このようにすると、セルが目標整合点にとどまる時間を最大化できる。両極端ではなく、充電率、電荷量、またはそれら両方の範囲の中間付近でサイクルを繰り返すことにより、マルチセルバッテリの全体的寿命を最大化できる。
【００１５】
動作範囲の境界は最大充電率によって規定できる。ここで最大充電率は、あるセルの電荷量が、充電率が１００％である別のセルの電荷量と等しくなる充電率である。前者のセルは、充電率が１００％のときにマルチセルバッテリのセルの中で最大の電荷量を保持できる。後者のセルは、充電率が１００％のときにマルチセルバッテリのセルの中で最小の電荷量を保持できる。このように、マルチセルバッテリの動作範囲の中でセルの電荷量の一部を相互に重ね合わせることができる。
【００１６】
各不均等セルを均等化するステップは、マルチセルバッテリのセルの整合距離が整合距離設定点の所定の範囲内になるように各不均等セルの現在の電荷量を調整するステップを含むことができる。整合距離設定点は、測定された整合距離のうち１つ以上の関数を含むことができる。整合距離設定点はＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅまたはＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔを含むことができる（詳細は後述）。
【００１７】
整合距離設定点は、測定された整合距離の平均を含むことができる。これに該当するのは、セル電荷の充電と放電の両方によってセルを均等化するようにマルチセルバッテリを構成する場合である。整合距離設定点は、測定された整合距離のうち、事前設定された個数の最小値の平均を含むことができる。これに該当するのは、セルから電荷を放電することによってのみセルを均等化するようにマルチセルバッテリを構成する場合である。整合距離設定点は、測定された最小の整合距離に等しくすることができる。
【００１８】
不均等セルを均等化するステップは、不均等セルの現在の電荷量をＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅ＝（整合距離設定点−整合距離）の絶対値による量だけ調整するステップを含むことができる。これは、整合点が目標充電率である実施形態に対応することができる。
【００１９】
整合点が目標電荷量を含む実施形態においては、各不均等セルを均等化するステップが、マルチセルバッテリのセルの整合距離が目標電荷量の所定の範囲内になるように各不均等セルの現在の電荷量を調整するステップを含むことができる。目標電荷量は、セルの電荷量の関数を含むことができる。このような均等化は、整合距離が０に近づく、または０から少なくとも所定の距離になるように整合距離を縮小するステップを含むことができる。
【００２０】
目標電荷量は、セルの電荷量の平均を含むことができる。
【００２１】
目標電荷量は、セルの電荷量のうち、事前設定された個数の最小値の平均を含むことができる。
【００２２】
不均等セルを均等化するステップは、不均等セルの現在の電荷量をＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅ＝（目標電荷量−セルの電荷量）の絶対値による量だけ調整するステップを含むことができる。これは、整合点が目標電荷量である実施形態に対応することができる。この実施形態においては、整合距離は実質的にＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅである。
【００２３】
本方法はさらに、各不均等セルについてＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅが所定の電荷量しきい値より大きいかどうかを判別し、大きい場合にその不均等セルの均等化を行うステップを含むことができる。この場合、セルの均等化が必要になるのは、その整合距離が整合距離設定点から十分に離れている場合のみといえる。この所定の電荷量しきい値は１Ａｈとすることができる。
【００２４】
本方法はさらに、各不均等セルについてＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅが整合距離設定点の所定の割合より大きいかどうかを判別し、大きい場合にその不均等セルの均等化を行うステップを含むことができる。これにより、セルの整合距離が整合距離設定点から離れるほど正しい方向でセルが均等化されると判断しにくくなるため、確実に正しい方向で不均等セルを均等化することができる。この所定の割合は１０％とすることができる。
【００２５】
整合距離は（ＳＯＣ＿ｉ−ＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔ）×ＳＯＨ＿ｉ×ＮａｍｅＰｌａｔｅＣａｐａｃｉｔｙに従って測定できる。ここで、ＳＯＣ＿ｉはセルの現在の充電率であり、ＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔは目標充電率であり、ＳＯＨ＿ｉはセルの劣化状態であり、ＮａｍｅＰｌａｔｅＣａｐａｃｉｔｙはセルの定格容量である。
【００２６】
目標充電率は２０％から８０％までとすることができ、より具体的には５０％から６０％とすることができる。
【００２７】
目標充電率、目標電荷量、またはそれら両方は、マルチセルバッテリのユーザによる設定を可能にすることができる。
【００２８】
整合距離は（ＳＯＣ＿ｉ×ＳＯＨ＿ｉ×ＮａｍｅＰｌａｔｅＣａｐａｃｉｔｙ）−ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔに従って測定できる。ここで、ＳＯＣ＿ｉはセルの現在の充電率であり、ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔは目標電荷量であり、ＳＯＨ＿ｉはセルの劣化状態であり、ＮａｍｅＰｌａｔｅＣａｐａｃｉｔｙはセルの定格容量である。
【００２９】
本方法はさらに、各不均等セルについてその不均等セルから流出する電流が所定の電流範囲内であるかどうかを判別し、範囲内の場合に不均等セルの均等化を行うステップを含むことができる。これにより、蓄積されたエネルギーを保存し、熱の発生を最小限にとどめることができる。
【００３０】
本方法はさらに、各不均等セルについて不均等セルの現在の充電率が充電率しきい値より大きいかどうかを判別し、大きい場合にその不均等セルの均等化を行うステップを含むことができる。このようにして、セルの動作範囲の両極端で均等化することを避けることにより、マルチセルバッテリの寿命を延ばすことができる。
【００３１】
不均等セルを均等化するステップは、不均等セルに接続された均等化回路を使用してその不均等セルに保持されている電荷を放出するステップを含むことができる。
【００３２】
不均等セルを均等化するステップは、不均等セルに接続された均等化回路を使用してその不均等セルを充電するステップを含むことができる。
【００３３】
本方法はさらに、整合距離を測定する前に、マルチセルバッテリの各セルの両端で測定した電圧が定常状態に到達したかどうかを判別するステップを含むことができる。この電圧は開路電圧とすることができる。測定のステップは、各セルの両端の電圧を測定する前に緩和時間の経過を待つステップを含むことができる。この緩和時間は５分と３０分の間とすることができる。
【００３４】
整合距離はセルの動作中に測定できる。セルの動作中、測定した整合距離の誤差は、開路電圧（開路電圧は従来の電圧設定点による均等化手法を使用して測定される）の誤差より許容できると考えられる。したがって、セルが動作中のときは、（先行技術の場合のように）電圧設定点ではなく、目標充電率または目標電荷量に従ってセルを均等化すると、より正確かつ適切である。
【００３５】
整合距離は、マルチセルバッテリの放電電流が１Ａ（別の実施形態では５Ａ）を超えている間に測定できる。
【００３６】
マルチセルバッテリのセルの最大充電容量は２０Ａｈと１８０Ａｈの間とすることができる。
【００３７】
マルチセルバッテリは、１００ｋＷと８００ｋＷの間の最大出力電力を供給するように構成できる。
【００３８】
マルチセルバッテリは、最大１０，０００Ａの放電電流を供給するように構成できる。
【００３９】
本発明の別の側面では、マルチセルバッテリを均等化するためのシステムを提供する。このシステムは、マルチセルバッテリの各セルに並列接続される均等化回路を備える。さらに、このシステムは１個以上のプロセッサを備える。この１個以上のプロセッサは、セルの現在の電荷量に基づいて、目標整合点を達成するために必要な電荷量の変化量を定義する整合距離をセルごとに測定するように構成される。この１個以上のプロセッサはさらに、測定した整合距離に基づいて１個以上の不均等セルを特定するように構成される。この１個以上のプロセッサはさらに、測定した整合距離に従って各不均等セルの現在の電荷量を調整することによって各不均等セルを均等化するように構成される。
【００４０】
このシステムは、本発明の第１の側面に関連して記載するステップのうち、任意のステップを実行するように構成できる。このシステムはまた、本発明の第１の側面に関連して記載する機能のうち、任意の機能を含むことができる。
【００４１】
本発明の別の側面では、コンピュータによる読み込みが可能な媒体に上記の方法を実装できる。例えば、本方法はソフトウェアを通じて実装できる。
【００４２】
以下では、本発明の詳細な実施形態について下記の添付図面とともに説明していく。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の１つの実施形態による、マルチセルバッテリを均等化するためのシステムの回路図である。
【図２】本発明の１つの実施形態による、マルチセルバッテリを均等化する方法によって実行されるステップを示すフローチャートである。
【図３】図２の方法に従って均等化を実行しているセルの充電率を図示したものである。
【図４】先行技術による方法に従って均等化を実行しているセルの充電率を図示したものである。
【図５】本発明の１つの実施形態による、マルチセルバッテリを均等化する方法によって実行されるステップを示すフローチャートである。
【図６】図５の方法に従って均等化を実行しているセルの電荷量を図示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明は、マルチセルバッテリを均等化する、改良された方法を提供することを目的とする。本明細書には本発明の各種の実施形態を記載しているが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、これらの実施形態の変形例も、添付の特許請求の範囲のみによって限定される本発明の範囲に該当すると考えられる。
【００４５】
図１に、本発明の１つの実施形態による、マルチセルバッテリを均等化するためのシステム１００の回路図を示す。システム１００は、直列接続された複数のリチウムイオンセル１１０ａ〜ｄを有する電池モジュール１０５を備える。ここで、本実施形態ではセル１１０ａ〜ｄを単セルとして表現しているが、別の実施形態では、セル１１０ａ〜ｄそれぞれを、並列接続した１個以上のセルを備える直列要素とすることができる。さらに、図１の実施形態では４個のセルを直列接続しているが、本発明では、電池モジュールを任意の数のセルによって構成することができる。
【００４６】
各セル１１０ａ〜ｄは、対応する均等化回路１１２ａ〜ｄに並列接続される。均等化回路１１２ａ〜ｄは、対応するトランジスタＱ１〜Ｑ４および対応する抵抗Ｒ１〜Ｒ４を備える。均等化回路１１２ａ〜ｄは、セル１１０ａ〜ｄを制御しながら均等化するように構成される（以下に詳述）。電子制御部１１８（ファームウェアなどのプログラマブル部品を含む）は、均等化回路１１２ａ〜ｄに接続され、多くの部品から構成される。当該部品には、プロセッサ１２０、メモリ１２２およびトランジスタＱ１〜Ｑ４の動作を制御し、セル１１０ａ〜ｄの電圧Ｖ１〜Ｖ４を測定するためのその他の電子部品を含む（なお、図を明瞭にするために電圧検出部は図示していないが、当技術分野では周知のことである）。
【００４７】
本発明について理解を深めるために、以下では、システム１００を参照しながら、セルを均等化するための周知の手順について説明する。まず一般に、セル電圧Ｖ１〜Ｖ４を正確に測定してセルが「均等状態」にあるかどうかを判別するために、正極および負極（１２４および１２６）の間の電流を停止し、整定時間（緩和時間ともいう。通常は５分以上）の経過を待つ。セル電圧の差が事前設定値に達している場合は、電子制御部が、セルの均等化が必要であると判断する。均等化が必要な場合は、正極および負極（１２４および１２６）を流れる主電池電流を非常に低い値（通常は電池モジュール１０５の定格電流の５％以下）に保つ。電圧がしきい値を超えるセルに対応するトランジスタをオンにし、そのセルに対応する抵抗に電流を流す。この電流を「均等化電流」という。抵抗には高い抵抗値を選択するため、均等化電流は小さく、電圧の読み取り値が正確に保たれる。電圧をモニタする電子制御部が均等化の完了（すなわち、セルの電圧が他のセルの電圧と平衡したこと）を検出するまで、トランジスタはオンに保たれ、均等化電流が流れ続ける。均等化が完了したらトランジスタをオフにする。その後、電池モジュール１０５を再度使用できる。
【００４８】
例えば、電池モジュール１０５を１０分間静置した後に電子制御部によってＶ３が４１１０ｍＶと測定され、セル１、２および４の電圧がすべて４１００ｍＶと測定された場合は、トランジスタＱ３をオンにする。均等化電流がＲ３およびＱ３を流れ始め、セル３が徐々に放電する。これによって電圧Ｖ３が徐々に低下する。Ｖ３が電圧Ｖ１、Ｖ２およびＶ４の許容範囲内（約５ｍＶ以内）になったら（このときＶ３は４１０５ｍＶである）、Ｑ３をオフにする。均等化電流が停止し、電池モジュール１０５を再使用できる。
【００４９】
実際には、電池パックが複数の電池モジュールを備え、各電池モジュールが複数のセルを備える場合に、電子制御部が、モジュールの集合全体の中で最も低いセル電圧である「電圧設定点」を選択するのが一般的である。その場合、電圧がこの電圧設定点を超えるすべてのセルのトランジスタを同時にオンにし、すべてのモジュールを同時に徐々に放電する。当技術分野においては、この種の均等化をパッシブバランシングという。アクティブバランシング（本発明の範囲内でも企図している）は、セル間で電荷を移動するように構成された回路を使用して、抵抗を通じて電荷を流出させることなく行われる。セルのアクティブバランシングに使用される回路は当技術分野で周知であり、ここには記載しない。
【００５０】
ここからは、本発明の実施形態に沿ってマルチセルバッテリを均等化する方法について説明する。本方法は、従来型の均等化回路（図１に関連して上述したものなど）を使用してソフトウェアによって実行できる。このソフトウェアはメモリ（メモリ１２２など）に格納し、プロセッサ（プロセッサ１２０など）によって実行される。電圧設定点を使用したセルの均等化とは異なり、本方法では、複数の整合点の近傍でセルを均等化する。図２、３Ａ〜３Ｄおよび４Ａ〜４Ｄに関連して示す１つの実施形態では、整合点は所定の充電率である。図５、６Ａ〜６Ｄおよび４Ａ〜４Ｄに関連して示す別の実施形態では、整合点は電荷量である。
【００５１】
図２に、事前設定された目標充電率の近傍でセルを均等化することによってマルチセルバッテリを均等化する方法を示す。本方法は図２のステップ２０２から開始する。ステップ２０４においては、電子制御部が複数の設定パラメータを取得する。例えば、設定パラメータをメモリ１２２から取得できる。設定パラメータは、電池モジュールのセルの中に均等化を必要とするセルがあるかどうかを判別するために必要なすべてのパラメータを含む。本実施形態における設定パラメータは、ＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔ、ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄ、ＭｉｎＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ、ＭａｘＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄおよびＮ（ＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅの計算に使用するセルの数）を含む。
【００５２】
処理はステップ２０６に移る。このステップにおいては、電池モジュールの放電電流が、ＭｉｎＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄおよびＭａｘＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄによって規定される電流の範囲内であるかどうかを電子制御部が判別する。ＭｉｎＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄは−５Ａ（５Ａの放電電流を表す）とすることができ、ＭａｘＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄはＣ／２とすることができる。ここで、Ｃは電池モジュールのＣレートである。実施形態によっては、ＭａｘＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄを６４Ａとする。ＭｉｎＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄおよびＭａｘＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄはユーザが設定できる。電池モジュールの放電電流が、ＭｉｎＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄおよびＭａｘＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄによって規定される範囲から外れている場合は、処理がステップ２０８に移り、実行中のセルの均等化を停止する。次に処理がステップ２０９に移り、処理が終了する。その後は、ステップ２０２の開始点に戻ってループする。ループの頻度はユーザが設定でき、例えば１０秒から５分までの任意の値にすることができる。他のループ頻度も企図されている。
【００５３】
電池モジュールの放電電流がＭｉｎＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄとＭａｘＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄの間にある場合は、処理がステップ２１０に移り、電子制御部が各セルの現在の充電率（ＳＯＣ）および現在の劣化状態（ＳＯＨ）を測定する。ＳＯＣおよびＳＯＨを測定する方法は当技術分野で周知であり、ここには詳細を記載しない。一般にＳＯＣの測定は、特にクーロンカウンティングによるデータおよびＳＥＶ測定値の読み取りを含む。一般にＳＯＨは、特にクーロンカウンティングによるデータ、温度、ＳＯＣ測定値を読み取ることによって測定できる。
【００５４】
本方法は次にステップ２１２に移り、電子制御部が各セルの整合距離を測定する。本実施形態において、セルの整合距離とは、所定の目標充電率（ＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔ）を達成するために必要な電荷量の変化量（増加または減少）を定義または意味する。セルの整合距離は、セル内の現在の電荷量（すなわちセルに残っている電荷の量）およびセルの充電容量（すなわちセルが保持できる電荷の総量）に基づく。整合距離は、Ａｈなどの、当該技術分野において既知である電荷の単位で定義できる。したがって、セルの整合距離は、セルの現在の充電率を目標充電率と等しくするために必要な電荷の量を表す。整合距離は、負（セルの現在の充電率が目標充電率より低い場合）になる場合も、正（セルの現在の充電率が目標充電率より高い場合）になる場合もある。
【００５５】
整合距離は以下の関係に従って測定する。
（ＳＯＣ＿ｉ−ＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔ）×ＳＯＨ＿ｉ×ＮａｍｅＰｌａｔｅＣａｐａｃｉｔｙ
ここで、ＳＯＣはセルの現在の充電率（ステップ２１０において測定する）、ＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔは目標充電率に対応する充電率、ＳＯＨ＿ｉはセルの現在の劣化状態（ステップ２１０において測定する）、ＮａｍｅＰｌａｔｅＣａｐａｃｉｔｙはセルの定格容量（すなわちセルに保持できる電荷の総量）である。ＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔはユーザが設定でき、セルの動作範囲のほぼ中間を選択することが好ましい。例えば、セルを２０％〜８０％のＳＯＣ範囲で運用する場合は、ＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔを約５０％と選択することが好ましい。本実施形態におけるＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔのデフォルト値は６０％である。各セルの整合距離が計算されると、処理がステップ２１４に移る。
【００５６】
ステップ２１４においては、電子制御部がＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅを測定する。電池のハードウェアがアクティブバランシングおよびパッシブバランシングの両方（すなわち、不均等セルの充電および不均等セルの放電の両方）をサポートする場合は、ＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅを、ステップ２１２において測定したすべての整合距離の平均と定義できる。パッシブバランシングのみをサポートする（すなわち、均等化回路によってセルの放電のみが可能である）場合は、ＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅを、最小の整合距離の狭い範囲（設定可能）にあるＮ個の整合距離の平均と定義できる。電池モジュールが多数のセルから構成される場合は、整合距離をＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅの測定に使用するセルの数をセル総数のごく一部にすべきである。例えば、セル数が２４０である実施形態においては、Ｎを５、６または７とすることができる。この場合は、整合距離が最も小さい５個、６個または７個のセルをＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅの測定に使用する。別の例として、電池モジュールのセル数がごく少なく、かつパッシブバランシングしかサポートしない場合は、単にＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅを最小の整合距離と定義できる。
【００５７】
次に処理がステップ２１６に移り、電子制御部が以下の関係に従って各セルのＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅを測定する。
ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅ＝（ＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ−整合距離）の絶対値
【００５８】
各セルのＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅを測定した後、処理はいくつかのステップ（ステップ２１８〜２２４）を繰り返し、セルを均等化する前に、事前設定された複数の条件が満たされているかどうかを調べる。ステップ２１８〜２２４は、電池モジュール内の各セルを対象に繰り返す。特にステップ２１８においては、ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅがＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄより大きいかどうかを電子制御部が判別する。ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄは事前設定される設定パラメータであり、ユーザが設定できる。例えば、実施形態によってはＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄを１Ａｈとする。ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅがＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄ以下である場合は、処理がステップ２１９に移る。ステップ２１９においては、セルが均等化の実行中である場合にその均等化を停止する。次に処理がステップ２２６に移り、直列接続されている次のセルを調べ、ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅがＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄより大きいかどうかを判別する（すなわちステップ２１８）。
【００５９】
ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅがＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄより大きい場合は、処理がステップ２２０に移り、ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅがＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅの所定の割合より大きいかどうかを電子制御部が判別する。実施形態によっては、その所定の割合をＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅの１０％とする。この所定の割合は事前設定される設定パラメータであり、ユーザが設定できる。ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅがＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅの所定の割合以下である場合は、処理がステップ２１９に移る。ステップ２１９においては、セルが均等化の実行中である場合にその均等化を停止する。次に処理がステップ２２６に移り、直列接続されている次のセルを調べ、ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅがＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄより大きいかどうかを判別する（すなわちステップ２１８）。
【００６０】
ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅがＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅの所定の割合より大きい場合は、処理がステップ２２２に移り、セルのＳＯＣがＭｉｎｉｍｕｍＢａｌａｎｃｅＳＯＣより大きいかどうかを電子制御部が判別する。実施形態によっては、ＭｉｎｉｍｕｍＢａｌａｎｃｅＳＯＣを５０％とする。ＭｉｎｉｍｕｍＢａｌａｎｃｅＳＯＣは事前設定される設定パラメータであり、ユーザが設定できる。セルのＳＯＣがＭｉｎｉｍｕｍＢａｌａｎｃｅＳＯＣ以下である場合は、処理がステップ２１９に移る。ステップ２１９においては、セルが均等化の実行中である場合にその均等化を停止する。次に処理がステップ２２６に移り、直列接続されている次のセルを調べ、ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅがＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄより大きいかどうかを判別する（すなわちステップ２１８）。
【００６１】
セルのＳＯＣがＭｉｎｉｍｕｍＢａｌａｎｃｅＳＯＣより大きい場合は、処理がステップ２２４に移り、セルの均等化が開始される。セルの均等化では、例えば図１に関連して説明した放電回路を使用することによって、ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅと等しい量のセルの充電または放電を行う。
【００６２】
処理は、均等化の完了を待たずにステップ２２６に移る。このステップにおいては、直列接続されている次のセルを調べ、ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅがＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄより大きいかどうかを判別する（すなわちステップ２１８）。ステップ２１８〜２２４の要件を満たすすべてのセルが均等化されるまで、各セルを対象としてステップ２１８〜２２４を繰り返す。均等化の完了を待たずに処理がステップ２２８に移り、処理が終了する。ステップ２２２において処理が終了すると、処理がループで繰り返される。このループの頻度はユーザが指定できる。例えば、電池モジュールの各種パラメータに応じて、処理を１０秒ごとまたは５分ごとにループさせることができる。
【００６３】
セルを均等化した後は、各セルの整合距離がほぼＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅに等しくなる。放電のみがサポートされている場合は、各セルの整合距離が、最低セルの整合距離またはＮ個の最低セルの平均にほぼ等しくなる。セルの充電および放電の両方がサポートされている場合は、各セルの整合距離がすべての整合距離の平均とほぼ等しくなる。すなわち、すべてのセルがＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔを基準として均等化される（すなわち、すべてのセルの整合距離がほぼ等しくなる）。このように、電荷量の変化が同じであるために、すべてのセルが同じ所定の整合点ＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔに到達する。
【００６４】
マルチセルバッテリのセルを均等化する方法の特定の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこの方法に限定されない。特に、本方法のステップは増減が可能であり、ステップの順序も変更できる。
【００６５】
図３Ａ〜４Ｄに、マルチセルバッテリの一例における各セルの充電率を棒グラフにしたものを示す。これらの例示において、マルチセルバッテリにはセルが３個あるものとし、それぞれセルＡ、セルＢおよびセルＣとする。セルＡの容量は７０Ａｈ、セルＢの容量は７０Ａｈ、セルＣの容量は８０Ａｈである。目標充電率ＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔは６０％に設定している。このマルチセルバッテリのセルは、充電率６０％を含む充電率範囲で動作させることが好ましい。
【００６６】
図３Ａにおいて、電子制御部（例えば図１に示すもの）は、図２に関連して説明した方法を実装しており、ステップ２０２から開始する。この時点において、セルＡの電荷量は３０Ａｈ、セルＢの電荷量は４０Ａｈ、セルＣの電荷量は４０Ａｈである。セルＡにおける６０％のＳＯＣは４２Ａｈの電荷量と同等である。セルＢにおける６０％のＳＯＣは４２Ａｈの電荷量と同等である。セルＣにおける６０％のＳＯＣは４８Ａｈの電荷量と同等である。したがって、セルＡの整合距離は−１２Ａｈ、セルＢの整合距離は−２Ａｈ、セルＣの整合距離は−８Ａｈである。したがって、電子制御部によって測定されるＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅは−１２Ａｈ（整合距離の最小値）である。したがって、セルＡのＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅは０、セルＢのＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅは１０Ａｈ、セルＣのＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅは４Ａｈである。この例においては、例示している電池にセルが３個しかないことから、ＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅは整合距離の最小値に等しく設定すれば十分であることに注意されたい。さらに、この実施形態においては、電池の均等化回路がセルの放電しかサポートしていないと想定している。
【００６７】
ステップ２１８〜２２２の前提条件が満たされているとすると、電子制御部は、セルＢおよびＣが不均等であり、それぞれのＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅ値に従って均等化する必要があると判断する。均等化後のセルを図３Ｂに示す。同図において、セルＢの電荷量は１０Ａｈ減少して３０Ａｈになり、セルＣの電荷量は４Ａｈ減少して３６Ａｈになっている。この時点で、マルチセルバッテリ内のすべてのセルが整合点（６０％のＳＯＣ）を基準として均等化されている。すなわち、セルＡ〜Ｃは、いずれも６０％の充電率から１２Ａｈ離れた状態にある。
【００６８】
マルチセルバッテリの充電段階の間にセルＡ〜Ｃを１２Ａｈ充電すると、各セルのＳＯＣが６０％になる（これを図３Ｃに示す）。さらに２６Ａｈ充電すると、セルＡの電荷量は６８Ａｈ、セルＢの電荷量は６８Ａｈ、セルＣの電荷量は７４Ａｈになる。各セルは、整合点（６０％のＳＯＣ）を基準として均等化された状態のままである（すなわち、各セルは整合点（６０％のＳＯＣ）から２６Ａｈ離れた状態にある）。
【００６９】
本均等化方法は従来の均等化方法と対照的である。従来の均等化方法においては、前述のように、電圧設定点を基準としてセルの均等化を図る。同じセルＡ、ＢおよびＣによる類似の構成を図４Ａに示す。先行技術により公知のとおり、各セル両端の電圧がほぼ等しくなるように各セルの開路電圧を均等化できる。
【００７０】
均等化した後は、図４Ｂに示すように、セルＡ、ＢおよびＣそれぞれのＳＯＣが約４３％になる（ただし、セル間の温度差が原因となって、電圧設定点による均等化ではセルが同じＳＯＣに均等化されないことが多い）。１２Ａｈ充電した後（図４Ｃ）、セルＣは４６Ａｈの残電荷を保持し、ＳＯＣは約５７．５％である。電圧設定点については、セルＣは既にセルＡおよびＢと比べて不均等である（ＳＯＣが約２．５％異なる）。したがって、図４Ｃの時点でセルＣをもしも再均等化するとすれば、セルＡおよびＢのＳＯＣは５７．５％に低下することになる。
【００７１】
さらに２６Ａｈ充電した後は、図４Ｄに示すように、セルＡおよびＢとセルＣの間の不均等が拡大している。特に、セルＡおよびＢの残電荷が６８Ａｈである（約９７％のＳＯＣに等しい）のに対し、セルＣの残電荷は７２Ａｈであり、約９０％のＳＯＣに等しくなっている。電圧設定点については、セルＣはこの時点でセルＡおよびＢと比べて不均等であり、ＳＯＣが約７％異なる。したがって、図４Ｄの時点でセルＣをもしも再均等化するとすれば、セルＡおよびＢのＳＯＣは９０％に低下することになる。
【００７２】
図４Ａ〜４Ｄから明らかなように、先行技術による方法である電圧均等化を使用すると、あるセルのＳＯＣが、全体としてセルが均等化されるＳＯＣ（この場合は４３％）と異なる場合に、そのセルが必ず均等にならないと考えられる。そのため、不要な均等化がさらに行われることにつながり、不必要にセルが放電してエネルギーが無駄になることも多い。本発明による方法の利点は、各セルのＳＯＣおよび電圧が異なる場合でもセルを均等状態にすることができる点である。
【００７３】
図５に、本発明の１つの実施形態による、マルチセルバッテリを均等化する別の方法を示す。本方法は、従来型の均等化回路（図１に関連して上述したものなど）を使用してソフトウェアによって実行できる。このソフトウェアはメモリ（メモリ１２２など）に格納し、プロセッサ（プロセッサ１２０など）によって実行される。本方法では、所定の目標充電率を含む整合点の近傍でセルを均等化するのではなく、目標電荷量の近傍でセルを均等化する。図５の方法は大部分が図２の方法と同じであり、類似のステップには類似の参照番号を付している。大きな相違は以下の点のみである。
【００７４】
ステップ５０４において、電子制御部が取得する設定パラメータは、ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄ、ＭｉｎＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ、ＭａｘＣｕｒｒｅｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄおよびＮ（ＡｈＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅの計算に使用するセルの数）を含む。
【００７５】
ステップ５１４においてはＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔを計算する。ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔはセル均等化の目標とする電荷量である。ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔは電荷の単位（ＡｈやＣなど）によって表すことができる。電池のハードウェアがアクティブバランシングおよびパッシブバランシングの両方（すなわち、不均等セルの充電および不均等セルの放電の両方）をサポートする場合は、ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔをセルの電荷量の平均と定義できる。パッシブバランシングのみをサポートする（すなわち、均等化回路によってセルの放電のみが可能である）場合は、ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔを、最小の電荷量の狭い範囲（設定可能）にあるＮ個の電荷量の平均と定義できる。電池モジュールが多数のセルから構成される場合は、電荷量をＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔの測定に使用するセルの数をセル総数のごく一部にすべきである。例えば、セル数が２４０である一実施形態においては、Ｎを５、６または７とすることができる。この場合は、電荷量が最も小さい５個、６個または７個のセルをＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔの測定に使用する。別の例として、電池モジュールのセル数がごく少なく、かつパッシブバランシングしかサポートしない場合は、単にＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔを最小の電荷量と定義できる。図２の実施形態とは対照的に、本方法においてはＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔを事前に定義せず、セル電荷量の関数として変動させることができることに注意されたい。ただし本発明は、ユーザがＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔを事前設定できるようにすることを企図している。
【００７６】
ステップ５１６においては、電子制御部が以下の関係に従って各セルのＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅを測定する。
ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅ＿ｉ＝（ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔ−ｃｈａｒｇｅ＿ｑｕａｎｔｉｔｙ＿ｉ）の絶対値
ここで、ｃｈａｒｇｅ＿ｑｕａｎｔｉｔｙ＿ｉは（ＳＯＣ＿ｉ×ＳＯＨ＿ｉ×ＮａｍｅＰｌａｔｅＣａｐａｃｉｔｙ）に等しい。ＳＯＣ＿ｉはセルの現在の充電率、ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔは目標電荷量、ＳＯＨ＿ｉはセルの現在の劣化状態、ＮａｍｅＰｌａｔｅＣａｐａｃｉｔｙはセルの定格容量（すなわちセルに保持できる電荷の総量）である。
【００７７】
図５の実施形態においてはＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅ＿ｉが実質的にセルの整合距離であることが分かる。
【００７８】
セルを均等化した後は、各セルの残電荷（すなわち電荷量）がほぼＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔに等しくなる。放電のみがサポートされている場合は、各セルの電荷量が、最低セルの電荷量またはＮ個の最低セルの平均にほぼ等しくなる。セルの充電および放電の両方がサポートされている場合は、各セルの電荷量がすべての電荷量の平均とほぼ等しくなる。すなわち、すべてのセルがＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔを基準として均等化される（すなわち、すべてのセルの電荷量がほぼ等しくなる）。本実施形態においては、各セルの電荷量がＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔに近づくにつれて、各セルの整合距離が実質的に０、または０と見なす狭い範囲（設定可能）まで縮小することに注意されたい。
【００７９】
マルチセルバッテリのセルを均等化する方法の特定の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこの方法に限定されない。特に、本方法のステップは増減が可能であり、ステップの順序も変更できる。例えば、実施形態によっては、整合距離を以下の式に従って計算することを除き、ステップ５０２〜５２８を図２のステップ２０２〜２２８とまったく同一とすることができる。
（ＳＯＣ＿ｉ×ＳＯＨ＿ｉ×ＮａｍｅＰｌａｔｅＣａｐａｃｉｔｙ）−ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔ
【００８０】
これは、図２の実施形態においてＳＯＣ＿ＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰｏｉｎｔを０％のＳＯＣと選択した場合と同等であることが分かるであろう。
【００８１】
図６Ａ〜６Ｄに、マルチセルバッテリの一例における各セルの電荷量を棒グラフにしたものを示す。この例は図３Ａ〜３Ｄのものと類似している。マルチセルバッテリにはセルが３個あり、それぞれセルＡ、セルＢおよびセルＣとする。セルＡの容量は７０Ａｈ、セルＢの容量は７０Ａｈ、セルＣの容量は８０Ａｈである。目標電荷量（ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔ）は３０Ａｈに設定している。このマルチセルバッテリのセルは、３０Ａｈの電荷量を含む電荷量範囲で動作させることが好ましい。
【００８２】
図６Ａにおいて、電子制御部（例えば図１に示すもの）は、図５に関連して説明した方法を実装しており、ステップ５０２から開始する。この時点において、セルＡの電荷量は３０Ａｈ、セルＢの電荷量は４０Ａｈ、セルＣの電荷量は４０Ａｈである。ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔは３０Ａｈ（最小の電荷量）である。セルＡの整合距離（ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅ）は０Ａｈ、セルＢの整合距離（ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅ）は−１０Ａｈ、セルＣの整合距離（ＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅ）は−１０Ａｈである。この例においては、例示している電池にセルが３個しかないことから、ＡｈＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｏｉｎｔは電荷量の最小値に等しく設定すれば十分であることに注意されたい。さらに、この実施形態においては、電池の均等化回路がセルの放電しかサポートしていないと想定している。
【００８３】
ステップ５１８および５２２の前提条件が満たされているとすると、電子制御部は、セルＢおよびＣが不均等であり、それぞれのＡｈＯｕｔＯｆＢａｌａｎｃｅ値に従って均等化する必要があると判断する。均等化後のセルを図６Ｂに示す。同図において、セルＢの電荷量は１０Ａｈ減少して３０Ａｈになり、セルＣの電荷量は１０Ａｈ減少して３０Ａｈになっている。この時点で、マルチセルバッテリ内のすべてのセルが３０Ａｈの整合点を基準として均等化されている。すなわち、セルＡ〜Ｃの電荷量はそれぞれ３０Ａｈである。整合距離はすべて実質的に０に縮小している。
【００８４】
マルチセルバッテリの充電段階の間にセルＡ〜Ｃを１２Ａｈ充電すると、各セルの電荷量が４２Ａｈになる（これを図６Ｃに示す）。さらに２６Ａｈ充電すると、セルＡの電荷量は６８Ａｈ、セルＢの電荷量は６８Ａｈ、セルＣの電荷量は６８Ａｈになる。各セルは、３０Ａｈの整合点を基準として均等化された状態のままである（すなわち、各セルは３０Ａｈの整合点から２６Ａｈ離れた状態にある）。
【００８５】
ここでも、本均等化方法は、図４Ａ〜４Ｄに示す従来の電圧均等化方法と対照的である。先行技術による方法である電圧均等化を使用すると、あるセルの電荷量が、全体としてセルが均等化される電荷量と異なる場合は常に、そのセルが均等にならないと考えられる。そのため、不要な均等化がさらに行われることにつながり、不必要にセルが放電して、エネルギーが無駄になることも多い。本発明による方法の利点は、各セルの電荷量および電圧が異なる場合でもセルを均等状態にすることができる点である。
【００８６】
本明細書の記載内容は例示と説明を目的としており、網羅的なものとする意図も、開示する形態に限定する意図もない。本請求の範囲から外れることなく多くの変形形態および変更形態を実施できることは、当業者には明らかであろう。さらに、本明細書に記載した任意の側面または実施形態の一部を、本明細書に記載した任意の他の側面または実施形態の一部によって実施しまたはそれらと組み合わせることができることを企図している。
【図１】
2019534671.tif 000003
【図２】
2019534671.tif 000004
【図３】
2019534671.tif 000005
【図４】
2019534671.tif 000006
【図５】
2019534671.tif 000007
【図６】
2019534671.tif 000008
【国際調査報告】
2019534671.tif 000009
2019534671.tif 000010