(57)【要約】      （修正有）【課題】バッテリ貯蔵および機器の充電のための高価な倉庫スペースを保持する必要がなく、コストの節約を実現する。【解決手段】複数のバッテリセルを有するバッテリの充電状態を管理する方法は、バッテリセルごとの個々の充電状態を計算するステップと、バッテリセルについての平均充電状態を計算するステップと、平均充電状態の最小閾値および最大閾値を定めるステップと、平均充電状態が最小閾値を下回るとき、全体的な充電状態が、最低の充電状態を有するバッテリセルのサブセットの充電状態に基づいて計算され、平均充電状態が最大閾値を上回るとき、全体的な充電状態が、最高の充電状態を有するバッテリセルのサブセットの充電状態に基づいて計算されるように、バッテリについての全体的な充電状態を計算するステップとを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を備えるハイブリッド電力システムにおける複数のバッテリセルを有するバッテリの充電状態を管理する方法であって、前記方法は、
バッテリセルごとの個々の充電状態を計算するステップと、
前記バッテリセルについての平均充電状態を計算するステップと、
平均充電状態の最小閾値を定めるステップと、
平均充電状態の最大閾値を定めるステップと、
前記平均充電状態が前記最小閾値を下回るとき、全体的な充電状態が、他のバッテリセルに対して最低の充電状態を有するバッテリセルのサブセットの充電状態に基づいて計算され、前記平均充電状態が前記最大閾値を上回るとき、前記全体的な充電状態が、他のバッテリセルに対して最高の充電状態を有するバッテリセルのサブセットの充電状態に基づいて計算されるように、前記バッテリについての前記全体的な充電状態を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、最低の充電状態を有するバッテリセルの前記サブセットは、最低の充電状態である前記バッテリセルのみを含み、最高の充電状態を有するバッテリセルの前記サブセットは、最高の充電状態である前記バッテリセルのみ含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの数は、その時の前記バッテリセルの全ての前記平均充電状態の関数として経時変化する、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの前記数は、前記平均充電状態が前記最小閾値を下回るかまたは前記最大閾値を上回るとき、実質的に１に等しく、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるセルの前記数は、前記平均充電状態が約５０％に等しいとき、バッテリセルの総数に実質的に等しい、方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの前記数は、前記平均充電状態が前記最大閾値と前記最小閾値との間にあるとき、非線形関数として変化する、方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの前記数は、前記平均充電状態が約５０％と前記最大閾値との間にあるとき、また、前記平均充電状態が約５０％と前記最小閾値との間にあるとき、線形関数として変化する、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するステップは、その時の前記平均充電状態の関数として、重みを各バッテリセルの個々の充電状態に割り当てるステップと、各バッテリセルの個々の充電状態に、割り当てられた前記重みを乗じるステップとを含み、前記全体的な充電状態は、重みづけした前記個々の充電状態の合計に等しい、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記最小閾値は、約２０％の平均充電状態であり、前記最大閾値は、約８０％の平均充電状態である、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、
少なくとも１つの中間閾値を定めるステップ
をさらに含む方法。
【請求項１０】
燃料電池を備えるハイブリッド電力システムにおける複数のバッテリセルを有するバッテリの充電状態を管理する方法であって、前記方法は、
各バッテリセルの充電状態の値を計算するステップと、
各バッテリセルの前記充電状態の値を数値順にソートするステップと、
前記バッテリセルの全ての平均充電状態を計算するステップと、
平均充電状態の最小閾値を定めるステップと、
平均充電状態の最大閾値を定めるステップと、
前記平均充電状態が前記最小閾値を下回るとき、全体的な充電状態が、他のバッテリセルに対して最低の充電状態を有する前記バッテリセルの前記充電状態に等しく、前記平均充電状態が前記最大閾値を上回るとき、前記全体的な充電状態が、他のバッテリセルに対して最高の充電状態を有する前記バッテリセルの前記充電状態に等しくなるように、前記バッテリについての前記全体的な充電状態を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記全体的な充電状態は、
【数１】
2018160459.tif 000012
に従って計算され、Ｎは、前記バッテリにおけるバッテリセルの総数であり、ｗは、個々のバッテリセルの前記充電状態に適用される重みであり、所与の時間における前記平均充電状態の関数である、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記充電状態の値は、最高から最低へソートされる、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記個々のバッテリセルの充電状態に適用される前記重みは、
前記平均充電状態が５０％以上である場合、重み１／ｘが、第１のサブセット［ｘ］のバッテリセルに適用され、重み
【数２】
2018160459.tif 000013
が、第２のサブセット［ｘ］＋１のバッテリセルに適用され、０の重みが、残りの全てのバッテリセルに適用され、
前記平均充電状態が５０％を下回る場合、重み１／ｘが、第３のサブセット［ｘ］のバッテリセルに適用され、重み
【数３】
2018160459.tif 000014
が、Ｎ−［ｘ］として定められるバッテリセルに適用され、０の重みが、他のセルに適用される
という条件に従って計算され、
ｘは、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの数に等しく、［ｘ］は、ｘ以下の最大の整数を与える床関数を表す、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、ｘは、
ＳＯＣａｖｇ＞ＳＯＣｍａｘまたはＳＯＣａｖｇ＜ＳＯＣｍｉｎならば、ｘ＝１であり、
５０％≦ＳＯＣａｖｇ≦ＳＯＣｍａｘならば、
【数４】
2018160459.tif 000015
であり、
ＳＯＣｍｉｎ≦ＳＯＣａｖｇ＜５０％ならば、
【数５】
2018160459.tif 000016
であるように計算される、方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の方法であって、前記最小閾値は、約２０％の平均充電状態であり、前記最大閾値は、約８０％の平均充電状態である、方法。
【請求項１６】
バッテリの充電状態を管理するために、前記バッテリの全てのセルの前記充電状態の値を集計して全体的な充電状態の値を計算する方法であって、前記方法は、
前記バッテリにおけるセルごとの前記充電状態の値を計算するステップと、
セルごとの前記充電状態の値を数値順にソートするステップと、
前記バッテリにおける全ての前記セルの平均充電状態を計算するステップと、
平均充電状態の最小閾値を定めるステップと、
平均充電状態の最大閾値を定めるステップと、
前記平均充電状態が前記最小閾値を下回るとき、前記全体的な充電状態が、最低の充電状態を有するバッテリセルの前記充電状態に等しく、前記平均充電状態が前記最大閾値を上回るとき、前記全体的な充電状態が、最高の充電状態を有するバッテリセルの前記充電状態に等しくなるように、前記バッテリについての前記全体的な充電状態を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記平均充電状態および前記全体的な充電状態は、前記平均充電状態が約５０％であるとき、互いにほぼ等しくなる、方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法であって、前記最小閾値は、約２０％の平均充電状態であり、前記最大閾値は、約８０％の平均充電状態である、方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の方法であって、前記バッテリの前記全体的な充電状態を計算するステップは、最高の充電状態を有するバッテリセルが既定の状態を上回って充電されることを実質的に防止し、最低の充電状態を有するバッテリセルが既定の状態を下回って放電されることを実質的に防止する、方法。
【請求項２０】
請求項１６に記載の方法であって、前記バッテリは、燃料電池を含むハイブリッド電力システムの一部である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[001]本開示の実施形態は、バッテリセルに関し、より詳細には、個々のバッテリセルの充電状態を集計してバッテリの全体的な（ｏｖｅｒａｌｌ）充電状態を計算する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[002]フォークリフトトラックおよびゴルフカートなどの車両を含む、バッテリによって給電される電気機器は、人および製品を輸送するならびに／または上昇させるために、製造、卸売りおよび小売りの運営で使用されることが多い。ただし、これらの電気車両には、欠点がある恐れがある。例えば、フォークリフトトラックは、６時間から８時間ごとに再充電する必要があり、予備バッテリおよび機器を充電するための倉庫スペースが必要となり得る。さらに、バッテリが枯渇するとき、車両の性能は影響を受け得る。
【発明の概要】
【０００３】
[003]燃料電池によって給電される電気車両は、再充電ではなく補充することもでき、したがって、バッテリ貯蔵および機器の充電のための高価な倉庫スペースを保持する必要がなくなることによってコストの節約を実現することができる。さらに、ハイブリッド燃料電池システムは、シフト期間にわたってそれらの性能を保守することができる。本明細書で説明するハイブリッド燃料電池システムは、１つまたは複数のこれらの利点を達成することができる。
【０００４】
[004]本明細書で使用されるハイブリッド燃料電池システムとは、燃料電池とバッテリとを備えるシステムを言う。本明細書で使用される用語「バッテリ」は、電力の貯蔵と分配とを繰り返すことができる装置を広く言うものであり、この装置には、限定はしないが化学電池（例えば、鉛電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池）およびウルトラキャパシタが含まれる。
【０００５】
[005]ハイブリッド電力システムでは、燃料電池が、通常動作中にモータおよびバッテリに電力を供給することができる。バッテリは、電気需要を緩和して、ピーク負荷で燃料電池電力を補完し、再生エネルギーを吸収することができる。例えばフォークリフトでは、バッテリが、満充電することなしに、牽引モータおよびリフトモータの高い電気需要を満足するのに十分なエネルギーを含み、そこで、車両が積み荷を制動するまたは降下させるなどの再生イベントを受けるとき、バッテリが再生エネルギーを受容することができるように、バッテリの充電状態（「ＳＯＣ」）を管理することができる。再生イベント中にバッテリのＳＯＣが高すぎる場合、バッテリ電圧は、バッテリ、モータ、またはモータコントローラに損害を与えるような危険レベルまで上昇し、それによって、システム障害およびシャットダウンを引き起こす可能性がある。
【０００６】
[006]本開示の一実施形態によれば、複数のバッテリセルを有するバッテリの充電状態を管理する方法が、バッテリセルごとの個々の充電状態を計算するステップと、バッテリセルについての平均充電状態を計算するステップと、平均充電状態の最小閾値および最大閾値を定める（ｄｅｆｉｎｉｎｇ）ステップと、平均充電状態が最小閾値を下回るとき、全体的な充電状態が、最低充電状態を有するバッテリセルのサブセットの充電状態に基づいて計算され、平均充電状態が最大閾値を上回るとき、全体的な充電状態が、最高充電状態を有するバッテリセルのサブセットの充電状態に基づいて計算されるように、バッテリについての全体的な充電状態を計算するステップとを含むことができる。
【０００７】
[007]本開示の種々の実施形態は、以下の１つまたは複数の態様を含むことができる。最低充電状態を有するバッテリセルのサブセットが、最低充電状態をもつバッテリセルのみを含むことができ、最高充電状態を有するバッテリセルのサブセットが、最高充電状態をもつバッテリセルのみを含むことができる。全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの個数が、その時のバッテリセルの全ての平均充電状態の関数として経時変化することができる。平均充電状態が、最小閾値を下回る、または最大閾値を上回るとき、全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの個数が、実質的に１に等しいとすることができ、平均充電状態が、約５０％に等しいとき、全体的な充電状態を計算するために使用されるセルの個数が、実質的にバッテリセルの総数に等しいとすることができる。平均充電状態が、最大閾値と最小閾値との間にあるとき、全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの個数が、非線形関数として変化することができる。平均充電状態が約５０％と最大閾値との間にあるとき、また、平均充電状態が約５０％と最小閾値との間にあるとき、全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの個数が、線形関数として変化することができる。全体的な充電状態を計算するステップが、その時の平均充電状態の関数として、重みを各バッテリセルの個々の充電状態に割り当てるステップと、各バッテリセルの個々の充電状態に、割り当てられた重みを乗じるステップとを含むことができ、全体的な充電状態が、重みづけした個々の充電状態の合計に等しいとすることができる。最小閾値は、約２０％の平均充電状態とすることができ、最大閾値は、約８０％の平均充電状態とすることができる。この方法は、少なくとも１つの中間閾値を定めるステップを含むことができる。
【０００８】
[008]別の実施形態によれば、燃料電池を備えるハイブリッド電力システム中に複数のバッテリセルを有するバッテリの充電状態を管理する方法が、バッテリセルごとの充電状態値を計算するステップと、バッテリセルごとの充電状態値を数値順に（ｉｎ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｏｒｄｅｒ）ソートするステップと、バッテリセルの全ての平均充電状態を計算するステップと、平均充電状態の最小閾値および最大閾値を定めるステップと、平均充電状態が最小閾値を下回るとき、全体的な充電状態が、他のバッテリセルと相対的な最低充電状態を有するバッテリセルの充電状態に等しく、また、平均充電状態が最大閾値を上回るとき、全体的な充電状態が、他のバッテリセルと相対的な最高充電状態を有するバッテリセルの充電状態に等しくなるように、バッテリについての全体的な充電状態を計算するステップとを含むことができる。
【０００９】
[009]本開示の種々の実施形態は、１つまたは複数の以下の態様を含むことができる。全体的な充電状態は、次の式に従って計算され得る。
【００１０】
【数１】
2018160459.tif 000002
【００１１】
式中、Ｎが、バッテリ中のバッテリセルの総数であり、ｗが、個々のバッテリセルの充電状態に適用される重みであり、所与の時間の平均充電状態の関数である。充電状態値は、最高から最低へソートされ得る。個々のバッテリセルの充電状態に適用される重みが、次の条件に従って計算され得る。平均充電状態が５０％を上回るまたは等しい場合、重み１／ｘが、第１のサブセット［ｘ］バッテリセルに適用され、重み
【００１２】
【数２】
2018160459.tif 000003
【００１３】
は、第２のサブセット［ｘ］＋１バッテリセルに適用され、重み０が、残りの全てのバッテリセルに適用され、また、平均充電状態が５０％を下回る場合、重み１／ｘが、第３のサブセット［ｘ］バッテリセルに適用され、重み
【００１４】
【数３】
2018160459.tif 000004
【００１５】
は、Ｎ−［ｘ］として定められるバッテリセルに適用され、重み０が、他のセルに適用され、式中、ｘは、全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの個数に等しい。ＳＯＣａｖｇ＞ＳＯＣｍａｘ、またはＳＯＣａｖｇ＜ＳＯＣｍｉｎならば、ｘ＝１であり、５０％≦ＳＯＣａｖｇ≦ＳＯＣｍａｘならば、
【００１６】
【数４】
2018160459.tif 000005
【００１７】
であり、ＳＯＣｍｉｎ≦ＳＯＣａｖｇ’＜５０％ならば、
【００１８】
【数５】
2018160459.tif 000006
【００１９】
であり、最小閾値は、約２０％の平均充電状態とすることができ、最大閾値は、約８０％の平均充電状態とすることができる。
【００２０】
[010]別の実施形態によれば、バッテリの充電状態を管理するために、バッテリの全てのセルの充電状態値を集計して全体的な充電状態値を計算する方法が、バッテリ中のセルごとの充電状態値を計算するステップと、セルごとの充電状態値を数値順にソートするステップと、バッテリ中の全てのセルの平均充電状態を計算するステップと、平均充電状態の最小閾値および最大閾値を定めるステップと、平均充電状態が最小閾値を下回るとき、全体的な充電状態が、最低充電状態を有するバッテリセルの充電状態に等しく、また、平均充電状態が最大閾値を上回るとき、全体的な充電状態が、最高充電状態を有するバッテリセルの充電状態に等しくなるように、バッテリについての全体的な充電状態を計算するステップとを含むことができる。
【００２１】
[011]本開示の種々の実施形態が、１つまたは複数の以下の態様を含むことができる。平均充電状態が約５０％であるとき、平均充電状態と全体的な充電状態が、互いにほぼ等しくなり得る。最小閾値は、約２０％の平均充電状態とすることができ、最大閾値は、約８０％の平均充電状態とすることができる。バッテリの全体的な充電状態を計算するステップは、最高充電状態を有するバッテリセルが既定の状態を上回って充電されることを実質的に防止し、また最低充電状態を有するバッテリセルが既定の状態を下回って放電されることを実質的に防止する。バッテリは、燃料電池を含むハイブリッド電力システムの一部とすることができる。
【００２２】
[012]本実施形態のさらなる目的および有利点について、一部分は以降の説明で明記され、一部分は説明により明白なものまたは本実施形態の実践によって学ばれ得るものである。本実施形態の目的および有利点については、添付の特許請求の範囲で特に指摘される要素および組合せによって、実現され、達成されるであろう。
【００２３】
[0013]前述の概括的な説明と以降の詳細な説明は双方とも、例示および解説のためだけのものであり、特許請求の範囲に記載の本発明を限定するものではないことを理解すべきである。
【００２４】
[014]添付の図面は、本明細書の一部に組み込まれ、それを構成し、本開示の実施形態を示し、説明と共に、本開示の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】[015]本開示の一実施形態による、バッテリの全体的な充電状態を管理する方法をグラフ化した図である。
【図２】[016]個々のバッテリセル充電状態を経時的にグラフ化した図である。
【図３】[017]本開示の一実施形態による、図２の個々のバッテリセルを含むバッテリについてのバッテリの全体的な充電状態を管理する方法をグラフ化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
[018]ここで、詳細について、以降で説明し添付の図面に示す本開示の例示的実施形態を参照されたい。可能な限り、全図面を通して、同じ参照番号は、同じまたは同様の部品を指すように使用される。
【００２７】
[019]本開示について、フォークリフトなどのハイブリッド車両と共に使用するハイブリッド燃料電池システムなどの、特定の用途のために実例としての実施形態を参照して本明細書で説明するが、本明細書で説明する実施形態はこれに限定されないということが理解されるべきである。当業者および本明細書で提供される教示を利用できる技術者には、均等物のさらなる改変形態、応用形態、実施形態および代替形態が本開示の範囲に包含されることが理解されよう。例えば、本明細書で説明する原理は、任意の適したハイブリッド燃料電池システム（例えば、自動車、バス、ボートおよびオートバイと共に使用するための、または移動可能なもしくは緊急用の電力システム）を用いて使用され得る。したがって、本開示は、前述のまたは以降の説明によって限定されるとしてみなされるべきではない。
【００２８】
[020]本開示の他の特徴、有利点および潜在的使用は、以降の説明および添付の図面により当業者には明らかになるであろう。
【００２９】
[021]本開示の一実施形態によれば、個々のバッテリセルのＳＯＣは、ハイブリッド燃料電池システムのバッテリのＳＯＣを管理するために集計されソートされ得る。一実施形態では、バッテリ内の個々のバッテリセルのＳＯＣが、バッテリＳＯＣを管理するために使用され得るバッテリの全体的ＳＯＣ値を決定するために集計され得る。一実施形態では、全体的ＳＯＣが、個々のバッテリセルの平均ＳＯＣの関数として計算され得る。例えば、全てのバッテリセルの平均ＳＯＣが、既定の閾値を上回る場合、全体的ＳＯＣは、最高ＳＯＣを有するセルのサブセットのＳＯＣに基づいて計算され得る。これにより、最高ＳＯＣをもつバッテリセルを過充電するリスクが低減され得る。一実施形態では、セルのサブセットが、最高ＳＯＣを有する個々のバッテリセルのみ含むことができる。いくつかの実施形態では、最大閾値が、約８０％の平均ＳＯＣとすることができるが、任意の適した最大閾値、例えば７０％または９０％が使用されてもよい。
【００３０】
[022]全てのバッテリセルの平均ＳＯＣが、既定の閾値を下回る場合、全体的ＳＯＣは、最低ＳＯＣを有するセルのサブセットのＳＯＣに基づいて計算され得る。これにより、最低ＳＯＣをもつセルを過放電するリスクが低減され得る。いくつかの実施形態では、全体的ＳＯＣが、個々のバッテリセルの最低ＳＯＣに等しくなるように設計され得る。いくつかの実施形態では、最小閾値が、約２０％の平均ＳＯＣとすることができるが、任意の適した最小閾値、例えば３０％または１０％が使用されてもよい。
【００３１】
[023]この方式で全体的ＳＯＣを計算することで、バッテリの寿命を延ばすことができる。全体的ＳＯＣの計算は、ＳＯＣの全てを管理することをより簡単にしながら、最高および最低のＳＯＣを有するバッテリセルの保護を強化することができる。さらに、この方法は、種々の状態と閾値との間を円滑に遷移するように構成され得る。
【００３２】
[024]バッテリの全体的ＳＯＣ値を計算するために、個々の各バッテリセルのＳＯＣが測定され得る。個々のバッテリセルのＳＯＣは、任意の適した方法を使用して、例えばクーロンの計数を介して、測定され得る。次いで、各セルのＳＯＣ値は、例えばＳＯＣ最高値からＳＯＣ最低値へ、またはＳＯＣ最低値からＳＯＣ最高値へ、ソートされ得る。セルは、バッテリセルに動作可能に結合されたプロセッサ、またはハイブリッド燃料電池システムに含まれるローカルプロセッサもしくは遠隔プロセッサを使用してソートされ得る。個々のＳＯＣをソートすることで、大きさＮのＳＯＣのベクトルの作成が可能になり、Ｎは、バッテリに含まれるセルの総数に等しい。いくつかの実施形態では、ソートするステップが、省略されてもよく、例えばプロセッサは、各セルのＳＯＣを単純に記録し、ランクづけしなくてもよい。次に、全てのバッテリセルの平均ＳＯＣが、計算され得る。全てのセルの平均ＳＯＣは、
【００３３】
【数６】
2018160459.tif 000007
【００３４】
として定められ得る。
【００３５】
[025]一旦バッテリの平均ＳＯＣ値が決定されると、全体的ＳＯＣが計算され得る。バッテリセルＮの全てが平均ＳＯＣを計算するために使用され得るが、バッテリの全体的ＳＯＣを計算するために使用されるセルの個数は、変化し得る。いくつかの実施形態では、使用されるセルの個数が、平均ＳＯＣの関数として変化し得る。変数ｘは、バッテリの全体的ＳＯＣを計算するために使用されるセルの個数にほぼ対応するように定められ得る。平均ＳＯＣが経時的に変化するにつれて、変数ｘは、応答して変化し得る。一実施形態では、方法は、平均ＳＯＣが５０％にほぼ等しいとき、変数ｘがＮに実質的に等しくなるように設計され得る。こうした実施形態では、平均ＳＯＣが５０％にほぼ等しいとき、バッテリセルの全てが、全体的ＳＯＣを計算するために使用されてよく、全体的ＳＯＣは、平均ＳＯＣに実質的に等しくなり得る。全体的ＳＯＣを計算するために使用されるバッテリセルの個数は、平均ＳＯＣが５０％から離れるにつれて変化し得る。いくつかの実施形態では、平均ＳＯＣが、最大閾値以上または最小閾値以下であるとき、変数ｘは実質的に１に等しくなり得る。例えば、平均ＳＯＣが、所与の閾値を上回るまたは下回る場合、最高ＳＯＣまたは最低ＳＯＣをもつセルのみが、全体的ＳＯＣを計算するために使用され得る。
【００３６】
[026]いくつかの実施形態では、平均ＳＯＣが最小ＳＯＣ閾値と５０％との間になるとき、また、平均ＳＯＣが最大ＳＯＣ閾値と５０％との間になるとき、変数ｘは、実質的に平均ＳＯＣの線形関数として変化し得る。こうした実施形態は、最小閾値、最大閾値、および中間状態の間の円滑な遷移を実現することができる。図１には、こうした実施形態の変数ｘを示すグラフが含まれる。図１に明示されるように、変数ｘは、常に整数とは限らない可能性がある。こうした環境下では、ｘの小数部（非整数値）が、全体的ＳＯＣを計算するためにセルのＳＯＣの部分使用に対応し得る。これについては、以下でさらに詳細に説明する。
【００３７】
[027]他の実施形態では、平均ＳＯＣが最小閾値と最大閾値との間になるとき、変数ｘは非線形関数として変化し得る。例えばいくつかの実施形態では、全体的ＳＯＣが平均ＳＯＣのより広い範囲にわたって平均ＳＯＣに実質的に等しくなるように、または、全体的ＳＯＣが、徐々に大きくまたは小さく平均ＳＯＣから最小閾値および最大閾値に遷移するように、変数ｘが変化し得る。さらに、いくつかの実施形態では、全体的ＳＯＣが経時的に階段状に変化するように、ｘは、整数のみ含むことができる。いくつかの実施形態では、平均ＳＯＣが、任意の個数の中間閾値を下回るまたは上回るとき、変数ｘが変化し得る。例えば、平均ＳＯＣが変化し、中間閾値を通過するとき、変数ｘがより小さくまたは大きくなるように、既定の個数の閾値が、設定され得る。いくつかの実施形態では、ｘが、１に等しくならないとすることができ、１より大きいセルのサブセットが、最大閾値を上回るおよび／または最小閾値を下回る全体的ＳＯＣを計算するために使用され得る。さらに、いくつかの実施形態では、ｘがバッテリセルの総数Ｎに等しくならないとすることができ、全体的ＳＯＣは、常に、バッテリセルのサブセットから計算され得る。
【００３８】
[028]変数ｘを決定し全体的ＳＯＣを計算するために、一旦、全てのバッテリセルのＳＯＣがソートされると、個々の各セルＳＯＣは、重みｗに関係付けられ得る。この実施形態では、ＳＯＣが、最高値から最低値へソートされ得る。本明細書で使用される記号［ｘ］は、ｘ以下の最大の整数が与えられる床関数を表す。重みｗは、全てのセルの平均ＳＯＣ、および全体的ＳＯＣを計算するために使用されるセルの個数ｘの関数とすることができ、次のようになる。
・全てのセルの平均ＳＯＣが、５０％を上回るまたは等しい場合、重み１／ｘは、最初の［ｘ］セルに関係付けられ、重み
【００３９】
【数７】
2018160459.tif 000008
【００４０】
は、［ｘ］＋１セルに関係付けられ、重み０は、残りのセルに関係付けられる。
・全てのセルの平均ＳＯＣが、５０％を下回る場合、重み１／ｘは、最後の［ｘ］セルに関係付けられ、重み
【００４１】
【数８】
2018160459.tif 000009
【００４２】
は、Ｎ−［ｘ］セルに関係付けられ、重み０は、残りのセルに関係付けられる。
セルの重みの合計が１に等しくなり得る。
【００４３】
[029]一旦、重みづけが決定され割り当てられると、個々のＳＯＣにそれらの対応する重みを乗じることができ、それらの重みづけしたＳＯＣの合計が全体的ＳＯＣ値になり得る。全体的ＳＯＣ値は、
【００４４】
【数９】
2018160459.tif 000010
【００４５】
として定められ得る。
【００４６】
[030]一実施形態では、例えば個々のＳＯＣが、全体的ＳＯＣに達するために以下の方法に従って集計され得る。
【００４７】
【数１０】
2018160459.tif 000011
【００４８】
[031]図２および図３に、一実施形態による、個々のバッテリセルのＳＯＣ、平均ＳＯＣ、および全体的ＳＯＣの間の関係を共にグラフ化して示す。図２に、４つの例示的な個々のバッテリセルの放電を経時的に示す。線１１、１２、１３および１４は、個々の各バッテリセルのＳＯＣを表し、各線の傾きは、各セルのＳＯＣが時間の経過に伴って線形的に減少することを示す。図２に、４つのセル（Ｎ＝４）を有する燃料電池バッテリを示すが、いずれかの適した個数のセルを含むバッテリが使用されてもよい。
【００４９】
[032]図２から、線１１と線１４としてそれぞれ示す最小ＳＯＣおよび最大ＳＯＣをもつバッテリセルの時間経過に対するＳＯＣ値をグラフ化して図３に示す。線１７は、図２で示す４つのバッテリセルの平均ＳＯＣを示す。線１９は、全体的ＳＯＣを示し、この実施形態では、上記の例示的実施形態で検討したように線形的に計算される。図３の実施形態では、平均ＳＯＣ最大閾値が８０％に設定され、平均ＳＯＣ最小閾値が２０％に設定される。線１９に示されるように、最大閾値８０％を上回る全体的ＳＯＣは、最高ＳＯＣをもつセルのみのＳＯＣに等しい。したがって、閾値８０％を上回ると、ｘ＝１である。同様に、最小閾値２０％を下回る全体的ＳＯＣは、最低ＳＯＣをもつセルのみのＳＯＣに等しい。したがって、閾値２０％を下回ると、ｘ＝１である。閾値２０％と閾値８０％との間では、全体的ＳＯＣが、セルのＳＯＣのより多い個数ｘを使用して計算されてよく、ｘはＮに等しく、その結果として全体的ＳＯＣが、約５０％ＳＯＣの平均ＳＯＣに等しい。図３に示すように、平均ＳＯＣを表す線１７および全体的ＳＯＣを表す線１９は、約５０％の平均ＳＯＣで交差する。全体的ＳＯＣは、最小、最大および中間の放電状態の間の円滑な遷移を実現するように線形的に計算され得る。
【００５０】
[033]いくつかの実施形態では、最大の状態と最小の状態との間の遷移は、より急でもよく、ｘは、実質的な線形関数として変化しなくともよい。いくつかの実施形態では、平均ＳＯＣおよび全体的ＳＯＣを示す線が、より長い時間実質的に重なってもよく、または、ｘが整数に限定される場合、線１９が経時的に階段状で変化してもよい。他の実施形態では、閾値８０％を上回るまたは閾値２０％を下回る全体的ＳＯＣが、１より大きなバッテリセルのサブセットに等しくなるように計算されてよく、したがって、線１９の傾きは、最小ＳＯＣおよび最大ＳＯＣをもつバッテリセルの傾きと等しくならなくてもよい。加えて、４つのバッテリセルのそれぞれが、一定の割合で放電するように示されるが、各セルのＳＯＣの変化の割合は、経時的に変化し、最小ＳＯＣおよび最大ＳＯＣをもつセルは、時間が経過するにつれて変化してもよい。
【００５１】
[034]さらに、図３に示す実施形態では、対称の最大閾値および最小閾値（１００％の最大ＳＯＣより２０％低く、また０％の最小ＳＯＣより２０％高い）は、８０％および２０％が使用されるが、非対称の最大閾値および最小閾値は、例えば７０％と１５％、または８５％と１０％が使用され得る。加えて、これらの閾値は、バッテリの寿命を通して一定とすることができ、または調整可能とすることができる。一実施形態では、ＳＯＣ閾値が、一定とすることができ、最初のポイント、例えば新たなバッテリセルの８０％に、バッテリセルのパーセント容量を反映することができ、または閾値は、セルの寿命のある期間にわたって充電容量の損失を補填するように調整され得る。例えば、閾値が、所与の年齢をもつバッテリセルの８０％ＳＯＣを反映するように調整され得る。調整可能な実施形態では、閾値のうち１つまたは両方が、バッテリの寿命期間にわたって自動的に調整されるようにプログラムされてよく、閾値は、任意の時点で手動で調整可能としてもよい。
【００５２】
[035]いくつかの実施形態では、閾値それ自体が、調整可能とすることができる。例えば、最小閾値が、平均ＳＯＣ１５％から２０％まで調整され得る。こうした調整は、例えば、バッテリセルの年齢、またはバッテリセルの所期の使用もしくは出力要件の主要因になるように使用され得る。重ねて、こうした調整可能な実施形態は、最大閾値および最小閾値のうちの１つまたは両方を経時的に調整するようにプログラムされてよく、閾値は、任意の時点で手動で調整され得る。
【００５３】
[036]本開示の実施形態では、最小閾値と最大閾値の両方を示すが、全体的ＳＯＣを計算する際に最小閾値のみまたは最大閾値のみが使用され得ることが考慮される。さらに、最小閾値および／または最大閾値に加えて中間閾値が使用され得る。例えば、線形的に変化するのではなく、全体的ＳＯＣを計算するためのバッテリセルの個数ｘが、別の閾値を通過するまで一定のままでもよく、そのポイントで、全体的ＳＯＣを計算するためにバッ
テリセルのより小さいまたはより大きいサブセットが使用されてもよい。加えて、例示的な実施形態は、最大閾値を上回るまた最小閾値を下回る全体的ＳＯＣを計算するために１つのセルを使用するものを開示するが、バッテリセルの総数Ｎより少ないセルの任意の個数を含むセルのサブセットが使用されてもよい。
【００５４】
[037]本開示の実施形態は、平均ＳＯＣおよび全体的ＳＯＣの値を計算するためにデータを記録し処理する任意の適した手段を使用することができる。例えば、センサおよび／または測定器具は、ハイブリッド燃料電池バッテリ内に配置されたプロセッサにバッテリを直接接続することができ、または、バッテリに動作可能に結合されたセンサが、ハード接続を介してまたはワイヤレスで、バッテリから離れたところに配置されたリモートプロセッサに情報を中継することができる。
【００５５】
[038]バッテリの中もしくは周りのセンサ、またはバッテリに動作可能に結合されたセンサは、温度、セル電圧、および／または電流に関する情報を提供することができ、これらはデジタル形式に変換され得る。これらの入力は、監視され更新されてプロセッサに情報を提供することができ、任意の時間に、個々のセルのＳＯＣ、平均ＳＯＣ、全体的ＳＯＣ，または別のバッテリの状態を計算するために使用され得る。周囲温度およびバッテリ内部または表面上の様々な位置での温度などのさらなる情報が、監視されてもよく、個々のセルのパラメータの算出に影響を与えることができる。これらの入力は、継続的に監視されてよく、または適切な時間間隔で監視されてもよい。
【００５６】
[039]本開示の多くの特徴および有利点は、詳細な明細書から明らかになり、したがって、本開示の全てのこうした特徴および利点を本開示の真の趣旨および範囲に包含することが添付の特許請求項の範囲によって意図される。さらに、多くの改変形態および変形形態が当業者に容易に想到されるので、本開示を図示し説明した精密な構造および動作に限定することは望ましくなく、したがって、全ての適した改変形態および均等形態が、本開示の範囲に包含されることになり得る。
【００５７】
[040]さらに、本開示が基づく概念は、本開示のいくつかの目的を達成するために、他の構造、方法およびシステムの設計に基づいて容易に使用され得ることが、当業者には理解されよう。したがって、特許請求の範囲は、前述の説明によって限定されるとみなされるものではない。
【図１】
2018160459.tif 000017
【図２】
2018160459.tif 000018
【図３】
2018160459.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月31日(2018.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を備えるハイブリッド電力システムにおける複数のバッテリセルを有するバッテリの充電状態を管理する方法であって、前記方法は、
バッテリセルごとの個々の充電状態を計算するステップと、
前記バッテリセルについての平均充電状態を計算するステップと、
平均充電状態の最小閾値を定めるステップと、
前記平均充電状態が前記最小閾値を下回るとき、他のバッテリセルに対して最低の充電状態を有するバッテリセルのサブセットの充電状態に基づいて、前記バッテリについての全体的な充電状態を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、最低の充電状態を有するバッテリセルの前記サブセットは、最低の充電状態である前記バッテリセルのみを含む、方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの数は、その時の前記バッテリセルの全ての前記平均充電状態の関数として経時変化する、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの前記数は、前記平均充電状態が前記最小閾値を下回るとき、実質的に１に等しく、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるセルの前記数は、前記平均充電状態が約５０％に等しいとき、バッテリセルの総数に実質的に等しい、方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの前記数は、前記平均充電状態が前記最小閾値を上回るとき、非線形関数として変化する、方法。
【請求項６】
請求項３または４に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの前記数は、前記平均充電状態が約５０％と前記最小閾値との間にあるとき、線形関数として変化する、方法。
【請求項７】
請求項１から６のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記最小閾値は、約２０％の平均充電状態である、方法。
【請求項８】
燃料電池を備えるハイブリッド電力システムにおける複数のバッテリセルを有するバッテリの充電状態を管理する方法であって、前記方法は、
バッテリセルごとの個々の充電状態を計算するステップと、
前記バッテリセルについての平均充電状態を計算するステップと、
平均充電状態の最大閾値を定めるステップと、
前記平均充電状態が前記最大閾値を上回るとき、全体的な充電状態が、他のバッテリセルに対して最高の充電状態を有するバッテリセルのサブセットの充電状態に基づいて計算されるように、前記バッテリについての前記全体的な充電状態を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、最高の充電状態を有するバッテリセルの前記サブセットは、最高の充電状態である前記バッテリセルのみ含む、方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの数は、その時の前記バッテリセルの全ての前記平均充電状態の関数として経時変化する、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの前記数は、前記平均充電状態が前記最大閾値を上回るとき、実質的に１に等しく、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるセルの前記数は、前記平均充電状態が約５０％に等しいとき、バッテリセルの総数に実質的に等しい、方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの前記数は、前記平均充電状態が前記最大閾値を下回るとき、非線形関数として変化する、方法。
【請求項１３】
請求項１０または１１に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの前記数は、前記平均充電状態が約５０％と前記最大閾値との間にあるとき、線形関数として変化する、方法。
【請求項１４】
請求項８から１３のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記最大閾値は、約８０％の平均充電状態である、方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記全体的な充電状態を計算するステップは、その時の前記平均充電状態の関数として、重みを各バッテリセルの個々の充電状態に割り当てるステップと、各バッテリセルの個々の充電状態に、割り当てられた前記重みを乗じるステップとを含み、前記全体的な充電状態は、重みづけした前記個々の充電状態の合計に等しい、方法。
【請求項１６】
請求項１から１５のうちの何れか一項に記載の方法であって、
少なくとも１つの中間閾値を定めるステップ
をさらに含む方法。
【請求項１７】
燃料電池を備えるハイブリッド電力システムにおける複数のバッテリセルを有するバッテリの充電状態を管理する方法であって、前記方法は、
各バッテリセルの充電状態の値を計算するステップと、
各バッテリセルの前記充電状態の値を数値順にソートするステップと、
前記バッテリセルの全ての平均充電状態を計算するステップと、
平均充電状態の最小閾値を定めるステップと、
前記平均充電状態が前記最小閾値を下回るとき、他のバッテリセルに対して最低の充電状態を有する前記バッテリセルの前記充電状態に等しいように、前記バッテリについての全体的な充電状態を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記全体的な充電状態は、
【数１】
2018160459.tif 000020
に従って計算され、Ｎは、前記バッテリにおけるバッテリセルの総数であり、ｗは、個々のバッテリセルの前記充電状態に適用される重みであり、所与の時間における前記平均充電状態の関数である、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記充電状態の値は、最高から最低へソートされる、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記個々のバッテリセルの充電状態に適用される前記重みは、
前記平均充電状態が５０％以上である場合、重み１／ｘが、第１のサブセット［ｘ］のバッテリセルに適用され、重み
【数２】
2018160459.tif 000021
が、第２のサブセット［ｘ］＋１のバッテリセルに適用され、０の重みが、残りの全てのバッテリセルに適用され、
前記平均充電状態が５０％を下回る場合、重み１／ｘが、第３のサブセット［ｘ］のバッテリセルに適用され、重み
【数３】
2018160459.tif 000022
が、Ｎ−［ｘ］として定められるバッテリセルに適用され、０の重みが、他のセルに適用される
という条件に従って計算され、
ｘは、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの数に等しく、［ｘ］は、ｘ以下の最大の整数を与える床関数を表す、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、ｘは、
ＳＯＣａｖｇ＜ＳＯＣｍｉｎならば、ｘ＝１であり、
ＳＯＣｍｉｎ≦ＳＯＣａｖｇ＜５０％ならば、
【数４】
2018160459.tif 000023
であるように計算される、方法。
【請求項２２】
請求項１７から２１のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記最小閾値は、約２０％の平均充電状態である、方法。
【請求項２３】
燃料電池を備えるハイブリッド電力システムにおける複数のバッテリセルを有するバッテリの充電状態を管理する方法であって、前記方法は、
各バッテリセルの充電状態の値を計算するステップと、
各バッテリセルの前記充電状態の値を数値順にソートするステップと、
前記バッテリセルの全ての平均充電状態を計算するステップと、
平均充電状態の最大閾値を定めるステップと、
前記平均充電状態が前記最大閾値を上回るとき、他のバッテリセルに対して最高の充電状態を有する前記バッテリセルの前記充電状態に等しいように、前記バッテリについての全体的な充電状態を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、前記全体的な充電状態は、
【数５】
2018160459.tif 000024
に従って計算され、Ｎは、前記バッテリにおけるバッテリセルの総数であり、ｗは、個々のバッテリセルの前記充電状態に適用される重みであり、所与の時間における前記平均充電状態の関数である、方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であって、前記充電状態の値は、最高から最低へソートされる、方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、前記個々のバッテリセルの充電状態に適用される前記重みは、
前記平均充電状態が５０％以上である場合、重み１／ｘが、第１のサブセット［ｘ］のバッテリセルに適用され、重み
【数６】
2018160459.tif 000025
が、第２のサブセット［ｘ］＋１のバッテリセルに適用され、０の重みが、残りの全てのバッテリセルに適用され、
前記平均充電状態が５０％を下回る場合、重み１／ｘが、第３のサブセット［ｘ］のバッテリセルに適用され、重み
【数７】
2018160459.tif 000026
が、Ｎ−［ｘ］として定められるバッテリセルに適用され、０の重みが、他のセルに適用される
という条件に従って計算され、
ｘは、前記全体的な充電状態を計算するために使用されるバッテリセルの数に等しく、［ｘ］は、ｘ以下の最大の整数を与える床関数を表す、方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、ｘは、
ＳＯＣａｖｇ＞ＳＯＣｍａｘならば、ｘ＝１であり、
５０％≦ＳＯＣａｖｇ≦ＳＯＣｍａｘならば、
【数８】
2018160459.tif 000027
であるように計算される、方法。
【請求項２８】
請求項２３から２７のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記最大閾値は、約８０％の平均充電状態である、方法。
【請求項２９】
バッテリの充電状態を管理するために、前記バッテリの全てのセルの前記充電状態の値を集計して全体的な充電状態の値を計算する方法であって、前記方法は、
前記バッテリにおけるセルごとの前記充電状態の値を計算するステップと、
セルごとの前記充電状態の値を数値順にソートするステップと、
前記バッテリにおける全ての前記セルの平均充電状態を計算するステップと、
平均充電状態の最小閾値を定めるステップと、
前記平均充電状態が前記最小閾値を下回るとき、最低の充電状態を有するバッテリセルの前記充電状態に等しいように、前記バッテリについての前記全体的な充電状態を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法であって、前記最小閾値は、約２０％の平均充電状態である、方法。
【請求項３１】
請求項２９または３０に記載の方法であって、前記バッテリの前記全体的な充電状態を計算するステップは、最低の充電状態を有するバッテリセルが既定の状態を下回って放電されることを実質的に防止する、方法。
【請求項３２】
バッテリの充電状態を管理するために、前記バッテリの全てのセルの前記充電状態の値を集計して全体的な充電状態の値を計算する方法であって、前記方法は、
前記バッテリにおけるセルごとの前記充電状態の値を計算するステップと、
セルごとの前記充電状態の値を数値順にソートするステップと、
前記バッテリにおける全ての前記セルの平均充電状態を計算するステップと、
平均充電状態の最大閾値を定めるステップと、
前記平均充電状態が前記最大閾値を上回るとき、最高の充電状態を有するバッテリセルの前記充電状態に等しいように、前記全体的な充電状態を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法であって、前記最大閾値は、約８０％の平均充電状態である、方法。
【請求項３４】
請求項３２または３３に記載の方法であって、前記バッテリの前記全体的な充電状態を計算するステップは、最高の充電状態を有するバッテリセルが既定の状態を上回って充電されることを実質的に防止する、方法。
【請求項３５】
請求項２９から３４のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記平均充電状態および前記全体的な充電状態は、前記平均充電状態が約５０％であるとき、互いにほぼ等しくなる、方法。
【請求項３６】
請求項２９から３５のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記バッテリは、燃料電池を含むハイブリッド電力システムの一部である、方法。