(57)【要約】      （修正有）【課題】電池の基本セルの健康状態又は経時変化状態を決定するための方法を提供する。【解決手段】電池の第１のセルの健康状態を決定するため、第１のセルを第１の充電状態レベルと第２の充電状態レベルとの間で充電又は放電している間に基準電流下での第１のセルの電圧を複数回測定するステップと電池管理デバイスに記憶され、特性決定段階中に予め定められたポイントＡの電圧の座標に対応するこの電圧の予め定められた特定の電圧値UAを検出するステップを有する。【選択図】図１
2015175854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の第１のセルの健康状態を決定するための方法であって、
前記第１のセルを第１の充電状態レベル及び第２の充電状態レベル間で充電又は放電している間に、前記第１のセルの電圧を複数回測定する測定ステップと、
該電圧の値が、前記第１のセルの特定の電荷値に対応する特定の電圧値に等しいことを検出する検出ステップと
を有しており、
前記特定の電荷値及び前記特定の電圧値は、前記第１のセルの異なる健康状態毎に、前記第１のセルに含まれる電荷量に応じた前記電圧の変化を表す少なくとも２つの曲線の交点の座標に対応していることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電圧は基準電流下の前記第１のセルの電圧であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電圧の複数回の測定間における前記第１のセルの電荷の変化量を決定して記憶するステップを更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電荷の変化量を、電量計又は電流積算器により測定することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記電荷の変化量を、前記電圧の複数回の測定間に経過した時間に基づき推定することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記検出ステップの後、前記第１のセルの電荷の変化量に応じた前記電圧の変化を表す曲線の傾きを決定するステップを更に有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のセルの第１の電荷レベル及び第２の電荷レベル間の前記電圧の平均値を計算するステップを更に有しており、
前記第１の電荷レベル及び第２の電荷レベルは共に、前記特定の電荷値より高いか、又は前記特定の電荷値より低いことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記検出ステップの後、前記第１のセルを完全に再充電する再充電ステップを更に有しており、
前記再充電ステップ中に、前記第１のセルに導入される電荷の量を測定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記特定の電荷値は、前記第１のセルの公称満充電容量の２０〜６０％の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のセルはリチウムイオン型のセルであり、
前記特定の電荷値は、前記第１のセルの公称満充電容量の３８〜４２％の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のセルは2.2 Ahの公称容量及び4.2 Ｖの公称満充電電圧を有し、
前記特定の電圧値は、3.5 〜3.6 Ｖの範囲内にあることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のセルと同一型の第２のセルに関して、該第２のセルの少なくとも２つの異なる健康状態毎に前記第２のセルに含まれる電荷に応じた前記第２のセルの電圧の変化を表す少なくとも２つの特性曲線を得るステップを更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２のセルの公称容量の２０〜６０％の充電範囲内で前記少なくとも２つの特性曲線の交点を決定するステップを更に有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
複数のセルを有する電池と、
電池管理デバイスと
を備えており、
該電池管理デバイスは、請求項１に記載の方法によりセルの健康状態を決定し得ることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
前記電池は、動的に再構成可能な構造を有する電池であり、
前記電池管理デバイスは、前記電池に交流電圧が印加されるように、前記電池のセルを動的に分離及び再接続し得ることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記電圧は基準電流下の前記第１のセルの電圧であり、前記基準電流は０Ａであり、
前記測定ステップを、前記電池に交流電圧を印加するために前記電池管理デバイスによって前記第１のセルを分離している間に実行することを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般的に電池の分野に関し、より具体的には、電池の基本セルの健康状態又は経時変化状態を決定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、２つの電源ノード又は端子間に直列及び／又は並列に接続された複数の再充電可能な基本セル（セル、蓄電池等）群である。
【０００３】
電池は、電池セルの平衡機能、保護機能等の種々の機能を実行し得る、電池セルに接続された管理デバイスに関連付けられていることが多い。
【０００４】
特定のシステムでは、管理デバイスは、電池の各基本セルの充電状態（SOC ）、すなわち、対象の時間での基本セルの総容量と当該基本セルに含まれる電荷との比率をいつでも知らせることができるゲージ又はインジケータを管理する。この管理デバイスは例えば、所定のアルゴリズム及び／又は基本セルに接続されたセンサにより測定された測定値に基づいて、各基本セルの充電状態を推定する。
【０００５】
特定のシステムでは、この管理デバイスは、基本セルの経時変化を表す補助インジケータを更に管理する。基本セルの経時変化は一般的にState of Health（健康状態）、略してSOH と称される。基本セルの寿命のある所与の時点で、SOH は、対象の時間での基本セルの容量と新品の基本セルの容量との比率と等しくなる。各基本セルのSOH が分かることにより、例えば、欠陥の基本セルを特定してその基本セルを分離若しくは交換することが可能になり、又は、基本セルの充電状態ゲージを再調整して該基本セルの健康状態を考慮することにより、比較的信頼性のある推定を継続して行うことが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2000−261901号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
セルのSOH を決定する公知の技術では、セルの容量の測定が利用されている。このために、セルは完全に放電されてから完全に再充電されるか、又は、完全に再充電されてから完全に放電されることがある。完全な再充電又は完全な放電段階中に、当該セルに蓄積された電荷又は当該セルから抽出された電荷を電量測定により測定でき、この測定がひいてはセルの実際の容量を測定することにつながる。管理デバイスは、セルの実際の容量を知った上で、管理デバイスに記憶され得る新品のセルの容量又はセルの公称容量でこの実際の容量を割ることにより、セルのSOH を再計算することができる。このようにSOH を決定する技術の欠点は、セルを完全に放電させた後に完全に充電するか、又は完全に充電した後に完全に放電させることが必要になる点にあり、これは比較的制約となり、特定の適用では問題となり得る。
【０００８】
特開2000−261901号公報には、電池の容量の低下を測定するための方法が記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、本開示の一実施形態は、電池の第１のセルの健康状態を決定するための方法であって、前記第１のセルを第１の充電状態レベル及び第２の充電状態レベル間で充電又は放電している間に、前記第１のセルの電圧を複数回測定する測定ステップと、該電圧の値が、前記第１のセルの特定の電荷値に対応する特定の電圧値に等しいことを検出する検出ステップとを有しており、前記特定の電荷値及び前記特定の電圧値は、前記第１のセルの異なる健康状態毎に、前記第１のセルに含まれる電荷量に応じた前記電圧の変化を表す少なくとも２つの曲線の交点の座標に対応していることを特徴とする方法を提供する。
【００１０】
一実施形態によれば、前記電圧は基準電流下の前記第１のセルの電圧である。
【００１１】
一実施形態によれば、前記方法は、前記電圧の複数回の測定間における前記第１のセルの電荷の変化量を決定して記憶するステップを更に有する。
【００１２】
一実施形態によれば、前記電荷の変化量を、電量計又は電流積算器により測定する。
【００１３】
一実施形態によれば、前記電荷の変化量を、前記電圧の複数回の測定間に経過した時間に基づき推定する。
【００１４】
一実施形態によれば、前記方法は、前記検出ステップの後、前記第１のセルの電荷の変化量に応じた前記電圧の変化を表す曲線の傾きを決定するステップを更に有する。
【００１５】
一実施形態によれば、前記方法は、前記第１のセルの第１の電荷レベル及び第２の電荷レベル間の前記電圧の平均値を計算するステップを更に有しており、前記第１の電荷レベル及び第２の電荷レベルは共に、前記特定の電荷値より高いか、又は前記特定の電荷値より低い。
【００１６】
一実施形態によれば、前記方法は、前記検出ステップの後、前記第１のセルを完全に再充電する再充電ステップを更に有しており、前記再充電ステップ中に、前記第１のセルに導入される電荷の量を測定する。
【００１７】
一実施形態によれば、前記特定の電荷値は、前記第１のセルの公称満充電容量の２０〜６０％の範囲内にある。
【００１８】
一実施形態によれば、前記第１のセルはリチウムイオン型のセルであり、前記特定の電荷値は、前記第１のセルの公称満充電容量の３８〜４２％の範囲内にある。
【００１９】
一実施形態によれば、前記第１のセルは2.2 Ahの公称容量及び4.2 Ｖの公称満充電電圧を有し、前記特定の電圧値は、3.5 〜3.6 Ｖの範囲内にある。
【００２０】
一実施形態によれば、前記方法は、前記第１のセルと同一型の第２のセルに関して、該第２のセルの少なくとも２つの異なる健康状態毎に前記第２のセルに含まれる電荷に応じた前記第２のセルの電圧の変化を表す少なくとも２つの特性曲線を得るステップを更に有する。
【００２１】
一実施形態によれば、前記方法は、前記第２のセルの公称容量の２０〜６０％の充電範囲内で前記少なくとも２つの特性曲線の交点を決定するステップを更に有する。
【００２２】
本開示の別の実施形態によれば、複数のセルを有する電池と、電池管理デバイスとを備えており、該電池管理デバイスは、上記の方法によりセルの健康状態を決定し得ることを特徴とするシステムを提供する。
【００２３】
別の実施形態によれば、前記電池は、動的に再構成可能な構造を有する電池であり、前記電池管理デバイスは、前記電池に交流電圧が印加されるように、前記電池のセルを動的に分離及び再接続し得る。
【００２４】
別の実施形態によれば、前記電圧は基準電流下の前記第１のセルの電圧であり、前記基準電流は０Ａであり、前記測定ステップを、前記電池に交流電圧を印加するために前記電池管理デバイスによって前記第１のセルを分離している間に実行する。
【００２５】
本開示の前述及び他の特徴及び利点を、添付図面を参照して本開示を限定するものではない具体的な実施形態について以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】電池の基本セルの動作の経時変化に伴う変化を表す図である。
【図２】電池の基本セルの経時変化に伴う特性値の変化を表す図である。
【図３】電池の基本セルの健康状態を決定するための方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、電池セルの３つの異なる経時変化状態又は健康状態毎に、電池セルに含まれる電荷に応じた、基準電流iref下での電池セルの電圧（ボルト(V) ）（つまり、電池セルに基準電流irefが流れているときの電池セルの電圧）の変化を示す３つの曲線101a,101b,101cを示す図である。図１の曲線は、2.2 Ahの公称容量（つまり、製造業者によって示されている容量）と4.2 Ｖの公称満充電電圧とを有するNMC （ニッケルマンガンコバルト）／グラファイト型のリチウムイオンセルに関して示されている。曲線101aは新品のセルの動作を示しており、曲線101bは、セルの通常使用を表す約600 の充電／放電サイクル後の同一のセルの動作を示しており、曲線101cは、セルの通常使用を表す約1,200 の充電／放電サイクル後の同一のセルの動作を示している。この例では、基準電流irefが０Ａの状態で電圧を測定している。更に図１には、セルの電荷が、残留電荷の正規化されたアンペア時（Ah NORM ）で、つまりセルの公称容量の割合として横座標に表わされている。従って、これは実際には、セルの充電状態（SOC ）ではなく、セルに有効に含まれる電荷の物理的な量（又は、残留電荷のアンペア時Ahの数）を表す変数であり、セルが経時変化するにつれて変わる場合があるセルの実際の総容量の割合である。
【００２８】
本発明者らによって行われた検証により、セルの異なる健康状態でセルの電荷に応じて一定の基準電流下で得られるセルの電圧の特性を示す曲線が全て、セルの動作範囲で単調であり（つまり連続的に増加するか又は減少し）、本明細書では参照記号Ａで示されている、セルの特性を示す同一のポイントで交差していることが分かった。図１の具体例では、ポイントＡは、3.55Ｖの電圧UA、及びセルの公称容量の40％の電荷QA（つまり、この例では0.88Ah）に相当する。
【００２９】
本発明者らによって行なわれた検証により、基準電流irefが０Ａではない状態で、例えば、負電流、つまりセルの放電電流、又は正電流、つまりセルの充電電流で電圧が測定されているとき、同様の動作が観察され得ることが更に分かった。この場合、ポイントＡの座標UA，QAが図１の例から変わってもよいが、図１の例と同一の現象が生じる。つまり、セルの異なる健康状態での電圧／電荷特性曲線が全て同一のポイントＡで交差するという現象である。
【００３０】
本発明者らによると、この同一の現象が、図１の例のリチウムイオンセル以外の他の型のセル、例えば、2.2 Ahとは異なる公称容量及び／又は4.2 Ｖとは異なる公称満充電電圧を有するリチウムイオンセル、或いは、セルが単調な電圧／電荷特性（平坦部なし）を有するという条件下で異なる化学的性質を有するセル、例えばLMO （LiMn2O4 ）／グラファイト型のリチウムイオンセルで観察され得ることが更に分かった。従って、ポイントＡの位置は、セルの特性と対象の基準電流irefとにより決まり、一般的にはセルの公称容量の20％から60％の充電範囲内にある。
【００３１】
所与の型のセルについて、選択された基準電流iref、例えば０Ａの基準電流irefに関してポイントＡの位置を決定し得る特性決定段階が実行されてもよい。セルの特性を決定するための方法の非制限例を以下に述べる。
【００３２】
まず、第１の健康状態を有する、特性を決定されるべき型のセルを完全に放電してもよい。その後、このセルの基準電流iref下の電圧を充電中に周期的に測定しながらこのセルを完全に再充電してもよい。セルに実際に含まれる電荷の物理的な量を、例えば電量計又は電流積分器によって充電段階中に測定してもよい。このようにして、セルに含まれる電荷の測定された電荷値が、測定された電圧値に対応して、図１に示されているタイプの電圧／電荷特性曲線が得られる。（特には基準電流irefが０Ａである場合に）充電電流が基準電流irefとは異なると、セルを流れる電流の値を、例えば、セルの電圧を測定するのに必要な時間に相当する１msより短く、好ましくは10μs より短い短時間、強制的に基準電流irefの値に周期的にしてもよいことに注目すべきである。変形例として、電圧／電荷特性曲線が、充電段階中ではなくセルを完全に放電する段階中に得られてもよい。
【００３３】
セルは、セルの通常使用を表す充電／放電サイクルで動作することにより「経時変化」し得る。
【００３４】
上述したステップを、第２のセルの少なくとも１つの健康状態について、図１に示されているタイプの少なくとも第２の電圧／電荷特性曲線を得るために少なくとも一度繰り返してもよい。
【００３５】
セルの異なる健康状態に対応する少なくとも２つの電圧／電荷特性曲線が記録されると、例えばセルの公称容量の20％〜60％の充電範囲内で２つの特性曲線の交点を検索することによって、これら２つの特性曲線に基づいてポイントＡを決定してもよい。
【００３６】
特性決定段階中に電荷に応じて測定した電圧の測定値を、ポイントＡを決定する前に任意に平滑化してもよい。制限しない数値例として、電圧／電荷特性曲線のポイントを100kHzの周波数で（10μs 毎に１ポイント）得て、その後、2,000 ポイントのスライディングウィンドウ（20ms）に亘って平均してもよい。
【００３７】
ポイントＡの座標が基本セルの型及び基準電流irefに関して分かると、ポイントＡの座標は、この型の基本セルを備えた電池を管理するための電池管理デバイスによって記憶されてもよい。
【００３８】
電池が動作しているときに、電池セルによるポイントＡの通過を電池管理デバイスにより検出することにより、電池管理デバイスは、セルの経時変化又は他の現象による充電状態ゲージの起こり得るドリフトとは無関係に、この電池セルで利用可能な電荷を確実に知ることが可能になることが有利である。
【００３９】
電池管理デバイスは、例えば、ポイントＡの通過を検出するための方法を電池セル毎に実行することができる。この方法は、
セルの第１の充電状態レベル及び第２の充電状態レベル間で、例えばセルのSOC の20％及び80％間でセルを充電又は放電する段階中に、基準電流iref下のセルの電圧を複数回測定するステップ、及び
電池管理デバイスに記憶され、特性決定段階中に予め定められたポイントＡの電圧の座標に対応するこの電圧の予め定められた特定の電圧値UAを検出するステップ
を有する。
【００４０】
ポイントＡを検出するための方法の充電又は放電段階は、電池を備えたシステム、例えば電動アシスト式車両による電池の通常使用によるセルの充電又は放電に相当してもよい。セルの通常の充電電流又は放電電流が基準電流irefとは異なる場合、電池管理デバイスが、システムの動作を妨げない好ましくは十分短い時間、例えば、セルの電圧を測定するのに必要な時間に相当する１msより短く、好ましくは10μs より短い時間、セルを流れる電流の値を強制的に基準電流irefの値に周期的にしてもよい。この時間は、セルの特性曲線を得るための特性決定段階中に電流の値を強制的に基準電流irefの値に周期的にする時間に場合によっては同一であるか、又は例えば20％の範囲内で同様であるように選択されていることが好ましい。変形例として、ポイントＡを検出するための方法は、具体的にはセルにポイントＡを通過させて、ひいてはポイントＡの通過を検出し得るべく電池管理デバイスによって実行してもよい、セルの充電又は放電専用の段階に対応してもよい。
【００４１】
電池セルによるポイントＡの通過を検出するための上記の方法を、例えば、セルの充電状態ゲージを再調整すべく電池管理デバイスによって使用してもよい。電池管理デバイスは、例えば、電池セルの充電状態を評価するための方法を実行してもよく、この方法は、セルの充電状態を推定する推定段階と、推定段階の間に、起こり得るドリフト、例えばセルの経時変化によるドリフト又は電池管理デバイスのセンサによる測定のドリフトを補償し得る推定方法を再調整する再調整段階とを有しており、このような再調整段階は、セルのポイントＡの通過を検出するステップを有することが可能である。例として、ポイントＡを検出した際に、セルの推定された電荷値とポイントＡで既知の実際の電荷値とのあり得る差を補償すべく、セルのポイントＡの通過を検出する段階の後にセルの充電状態ゲージを再調整してもよい。利点は、セルによるポイントＡの通過を検出してセルの充電状態ゲージを再調整するために、セルを完全に放電したり充電したりすることが必要ではないという点にある。このため、充電状態を再調整するための公知の解決法よりはるかに制約がない再調整段階を行うことが可能である。特には、既存のシステムより更に頻繁な再調整が行われてもよい。このため、例えば、推定アルゴリズムの信頼性の起こり得る低下がより頻繁な再調整によって補償されてもよいので、既存のシステムより簡単な充電状態の推定アルゴリズムを使用することが可能になる。
【００４２】
上記の実施形態の一態様によれば、電池セルによるポイントＡの通過を電池管理デバイスによって検出するための方法は、セルの健康状態すなわちSOH を決定するために用いられ得る。
【００４３】
ここで、電池管理デバイスにより実行可能な電池セルのSOH を決定するための方法の一例を述べる。
【００４４】
本方法は、セルの第１の電荷レベルと第２の電荷レベルとの間でセルを充電又は放電する段階中に、基準電流iref下のセルの電圧を複数回測定する段階を有する。この第１の電荷レベル及び第２の電荷レベルは、第１の電荷レベルから第２の電荷レベルの範囲がセルのポイントＡの電荷値QAを含むように設定されている。一例として、セルの公称容量の２０〜６０％の範囲内の電荷レベルで又は２０〜８０％の充電状態（SOC ）の範囲内で電圧を測定する。
【００４５】
SOH を決定するための方法の充電又は放電段階は、電池を備えるシステムによる電池の通常使用に伴うセルの充電又は放電に相当し得る。セルの通常の充電電流又は放電電流が基準電流irefとは異なる場合、電池管理デバイスは、好ましくはユーザの妨げにならない程度に十分短い時間、例えばセルの電圧を測定するのに必要な時間に相当する１ｍｓより短く、より好ましくは１０μｓより短い時間、セルに流れる電流の値を強制的に基準電流irefの値に周期的にしてもよい。この時間は、特性決定段階中に電流の値を強制的に基準電流irefの値に周期的にする時間に場合によっては同一であるか、又は例えば20％の範囲内で同様であるように選択されていることが好ましい。変形例として、SOH を決定するための方法は、具体的にはセルのSOH を決定するために電池管理デバイスにより実行され得るセルの充電又は放電専用の段階を有してもよい。
【００４６】
本例では、SOH の決定方法の実行中に、電池管理デバイスは、セルに蓄積された電荷又はセルから抽出された電荷の電荷量を、例えば電量計又は電流積分器を用いて電圧の異なる測定間に測定する。なお、SOH の決定方法の実行中にセルの充電モード又は放電モードが安定していると分かっている場合、当該セルの２回の電圧測定間における電荷量の変化量は、この２回の測定間に経過した時間に比例する。よって電池管理デバイスは、例えば時計を用いて測定可能な、電圧測定間の経過時間を単に知るだけで、電荷量の変化量を推定することができる。利点の１つとして、電流を測定することなくセルのSOH が決定され得るという点が挙げられる。
【００４７】
基準電流iref下で測定された電圧値、及び異なる電圧測定間におけるセルの電荷の変化量は、例えば電池管理デバイスのメモリに記憶され得る。
【００４８】
セルのSOH を決定するための方法は、基準電流iref下のセルの電圧の値が、ポイントＡの特定の電圧値UAに等しいことを検出するステップを更に有する。
【００４９】
第１の実施形態によれば、セルによる電圧値UAの通過が検出されると、電池管理デバイスによって、セルの電荷量の変化に応じた基準電流iref下の電圧の特性曲線の電圧値UAにおける傾きを表す変数を計算することによりSOH が推定され得る。一例として、この変数は、電圧値UAにおける特性曲線の線形補間の傾き、電圧値UAにおける特性曲線から導出された傾き、電圧値UAにおける特性曲線の線形補間の方向ベクトル等であってもよい。
【００５０】
本発明者らにより、（図１に示されているように）セルの電荷量の変化に応じた基準電流iref下のセルの電圧を表す曲線の電圧値UAにおける傾きが、セルのSOH に伴って略単調に変化するということが実際分かった。本発明者らにより、特にリチウムイオンセルの場合、セルの電荷量の変化に応じた基準電流iref下のセルの電圧を表す曲線の電圧値UAにおける傾きが、セルのSOH に伴って略直線的に変化するということが分かった。
【００５１】
この直線性の現象は図２に示されている。図２には、セルの電荷量の変化に応じた、ひいては（横座標に％で示されている）セルのSOH に応じた基準電流iref下のセルの電圧を表す曲線の電圧値UAにおける傾きの変化がmV／％で（縦座標に）示されている。
【００５２】
所与の型のセルについて、セルの電荷量の変化に応じた基準電流iref下のセルの電圧を表す曲線の電圧値UAにおける傾きに応じたセルのSOH の変化の規則性を決定することを可能にする特性決定段階を実行してもよい。これを達成するために、特性を決定すべく実験室で意図的に経時変化させた同一のセルの複数の異なるSOH 毎に、特性曲線の傾きを測定してもよい。一例として、この特性決定は、対象の型のセル毎にポイントＡの位置を決定するために実行される特性決定段階と同時に行われてもよい。
【００５３】
電池管理デバイスは、セルの電荷量の変化に応じた基準電流iref下のセルの電圧の特性曲線の電圧値UAにおける傾きを表す変数に応じてセルのSOH を推定し得る変換回路を有してもよい。非限定的な例として、この変換回路は、特性決定中に異なるSOH 毎に決定された傾きの特性値を有するルックアップテーブルと、該ルックアップテーブルに存在しない傾きの値毎にSOH を補間し得る計算手段とを有してもよい。変形例として、セルのSOH に応じた特性曲線の傾きの変化の規則性を概算する解析式が特性決定中に決定された場合、変換回路はこの式を用いてセルのSOH を推定することができる。
【００５４】
第２の実施形態によれば、セルによる電圧値UAの通過が検出されると、電池管理デバイスが、基準電流iref下のセルの測定された電圧値の（好ましくは、測定された電圧値の寄生による変動の可能性を排除するために比較的多数のポイントでの）平均値を表す変数を、ポイントＡを除くセルの電荷レベルの範囲内で、好ましくはポイントＡより高い電荷レベルの範囲内で、例えばセルの公称容量の電荷値QA＋１０％のレベルからセルの公称容量の電荷値QA＋２０％のレベルの範囲内で（つまり、図１の例におけるセルの公称容量の５０％から６０％の範囲内で）計算することにより、SOH を推定し得る。
【００５５】
本発明者らにより、ポイントＡを除く電荷レベルの範囲内における基準電流iref下のセルの電圧の平均値が、セルのSOH に伴って略単調に変化することが実際分かった。特に、ポイントＡより高い電荷レベルの範囲内で、セルのSOH が低下する（つまり、セルの経時変化が顕著になる）につれて基準電流iref下のセルの電圧の平均値がより高くなる。
【００５６】
所与の型のセルについて、電荷値QAを含まない選択された電荷レベルの範囲内で、基準電流iref下のセルの電圧の平均値に応じてセルのSOH の変化の規則性を決定することを可能にする特性決定段階を実行してもよい。これを達成するために、特性を決定すべく実験室で意図的に経時変化させた同一のセルの複数の異なるSOH 毎に、この平均値を測定してもよい。一例として、この特性決定は、対象の型のセル毎にポイントＡの位置を決定するために実行される特性決定段階と同時に行われてもよい。
【００５７】
電池管理デバイスは、基準の電荷レベルの選択された範囲内で、基準電流iref下のセルの電圧の平均値に応じてセルのSOH を推定し得る変換回路を有してもよい。非限定的な例として、この変換回路は、基準の電荷レベルの範囲内で電圧の平均値を有するルックアップテーブルと、該ルックアップテーブルに存在しない電圧の平均値毎にSOH を補間し得る計算手段とを有してもよい。変形例として、選択された基準範囲内の基準電流iref下のセルの電圧の平均値に応じたセルのSOH の変化の規則性を概算する解析式が特性決定中に決定された場合、変換回路はこの式を用いてセルのSOH を推定することができる。
【００５８】
第３の実施形態によれば、セルによる電圧値UAの通過が検出されると、そのセルは完全に充電され得る。この充電段階中に、該セルに蓄積された電荷の電荷量Q1を例えば電量計を用いて測定してもよく、又は充電モードが分かっている場合、例えば時間を測定することによって推定することもできる。セルが完全に充電されると、セルの総容量QTiが式QTi＝QA＋Q1により計算され、これによりセルのSOH が計算され得る。
【００５９】
実際には、セルの放電段階中にセルによる電圧値UAの通過が検出される場合、SOH の決定はユーザに透過的であるので、セルによる電圧値UAの通過が検出されると、ポイントＡの通過により生じる電荷量Q2の測定又は推定を行いながらユーザにセルの放電を継続させるために、SOH の決定結果を与えてもよい。ユーザが電池の使用を終えると、電池を完全に再充電するためにSOH の決定結果を与えてもよい。再充電段階中、セルに蓄積される電荷の電荷量Q3を測定又は推定してもよい。セルが完全に充電されると、セルの総容量QTiが式QTi＝QA−Q2＋Q3により計算され、これによりセルのSOH が計算され得る。
【００６０】
この第３の実施形態の利点の１つとして、セルを完全に放電させる必要なく、また特性曲線及び／又は特性値を有する表を用いることなく、セルのSOH を決定し得るという点が挙げられる。
【００６１】
本願に記載されている型のセルのSOH を決定するための方法の利点の１つとして、セルを完全に充電又は放電させる必要なくSOH を決定し得るという点が挙げられる。これにより、公知の解決法より制約がないSOH の決定が可能になる。特に、SOH の決定段階が既存のシステムより更に頻繁に行われてもよく、このため、例えばセルの充電状態ゲージの信頼性を高めることができる。
【００６２】
セルのポイントＡの通過を検出するか、又はセルの充電状態ゲージを再調整するか、又はセルのSOH を決定するための方法の本出願に述べられている実施形態は、この特定の場合に限定されないが、動的に再構成可能な電気構造を有する電池での使用に特に有利である。動的に再構成可能な電気構造を有する電池は、例えば、交流電圧により電力が供給され得る電動機又は他の負荷に電力を供給するために交流電圧が電池に印加されるように、電池の電源端子間に基本電池セルが相互接続される構成が電池の動作中に動的に変更され得る電池を意味する。動的に再構成可能な電気構造を有する電池の実施形態は、例えば、本出願人の仏国特許出願公開第2972304 号明細書、仏国特許出願公開第2972305 号明細書、仏国特許出願公開第2972306 号明細書及び仏国特許出願公開第2972308 号明細書に記載されている。
【００６３】
動的に再構成可能な電気構造を有する電池が、電池の動作段階中に場合によっては他の電池セルに対する電池セルの位置及び／又は（直列若しくは並列）の接続モードを比較的高い頻度で変更することにより、電池セルを動的に分離及び再接続し得る電池管理デバイスを一般的に備えている。
【００６４】
セルが分離される毎に、このセルに流れる電流は、分離の期間中（例えば１μｓ〜１ｍｓの間）０Ａになる。電池管理デバイスはこのような頻繁な分離を利用して、０Ａの基準電流irefに関して上述したような方法を実行するとより効果的である。これを達成するために、電池管理デバイスは、システムの通常動作の範囲内でセルを分離している間に、セルの電圧を測定し、例えばセルによるポイントＡの電圧値UAの通過の検出、及び／又は上述の方法によるセルのSOH の決定を行ってもよい。利点の１つとして、基準電流iref下の電圧の測定が電池の通常動作モードを妨げないことが挙げられる。
【００６５】
図３は、セルの放電段階中に実行されてもよい、電池セルのSOH を決定するための方法の非限定的な実施形態を示すフローチャートである。なお、以下の記載に基づき、図３の方法を適用してセルの充電段階中にSOH を決定することは当業者の技能の範囲内である。
【００６６】
図３の方法は、セルの電荷レベルが電荷値QAに達する前のセルの放電段階中に、電池管理デバイスによって開始され得る。非限定的な例として、図３の方法は、セルの充電状態がSOC の６０〜８０％の範囲内の閾値に達したときに開始される。
【００６７】
図３の方法は、セルの電圧を基準電流iref下で測定し、測定された電圧値を、測定された電圧の値を記憶するためのテーブルＵのランクｋ＝０のフィールドU(0)に書き込む最初のステップ２０１を有する。ステップ２０１では、セルから抽出された電荷の電荷量の値を記憶するためのテーブルＱのランクｋ＝０のフィールドQ(0)を値０に設定する。
【００６８】
ステップ２０１の後のステップ２０３では、テーブルＵ及びテーブルＱのインデックスｋに１を増分し、セルの電圧を基準電流iref下で再度測定する。電圧の測定値をテーブルＵのフィールドU(k)に書き込む。更に、ステップ２０３では、電圧値U(k-1)を測定するステップと電圧値U(k)を測定するステップとの間のセルの電荷の変化量△Ｑを、例えば電量測定により決定するか、又は２回の測定間の経過時間から推定する。値Q(k-1)＋△ＱをテーブルＱの変化量Q(k)のフィールドに書き込む。
【００６９】
ステップ２０５では、電池管理デバイスは、ステップ２０３で測定した電圧値U(k)がセルの特性を示すポイントＡの電圧値UAに等しいか否かを確認する。ステップ２０５で電圧値U(k)が電圧値UAより大きい場合、ステップ２０３及びステップ２０５を繰り返す。
【００７０】
ステップ２０５で電圧値U(k)が電圧値UA以下である場合、電池管理デバイスが処理の開始からのセルの電荷の変化量Q(k)が閾値QSに達したか否かを確認するステップ２０７を実行する。ステップ２０７で変化量Q(k)が閾値QSより小さい場合、ステップ２０３、ステップ２０５及びステップ２０７を繰り返す。ステップ２０７で変化量Q(k)が閾値QS以上である場合、セルのSOH を決定するステップ２０９を実行する。
【００７１】
ステップ２０９で、例えば上述の方法のうちの１つ、つまりセルの電荷量の変化に応じた基準電流iref下のセルの電圧の特性曲線の電圧値UAにおける傾きを表す変数の計算、又はポイントＡより高い若しくはポイントＡより低いセルの電荷レベルの範囲内で基準電流iref下のセルの電圧の平均値を表す変数の計算によって、テーブルＵ及びテーブルＱに含まれる値からSOH を決定し得る。ステップ２０９が終了すると、SOH の決定方法が終了する。
【００７２】
特定の実施形態を述べられているが、当業者は、様々な変更、調整及び改良を容易に想到する。
【００７３】
特に、電池管理デバイスは、ポイントＡの座標に加えて、セルの特性決定段階中に決定された基準電流irefでのセルの一又は複数の電圧／電荷特性曲線を全て任意に記憶してもよい。この場合、電池セルの充電状態を評価するために、電池管理デバイスは基準電流iref下でセルの電圧を測定して、この測定値と記憶された特性曲線とに基づいてセルの充電状態を推定してもよい。セルの充電状態を推定するために使用される特定の曲線は、セルのSOH のインジケータを考慮して選択されてもよい。
【００７４】
更に、セルの特性決定段階中に、ポイントＡの座標及びポイントＡにおける電圧／電荷特性曲線の傾き、並びに／又はポイントＡを除く電荷レベルの範囲内の電圧の平均値を、複数の異なる基準電流iref毎に任意に決定してもよい。この場合、電池管理デバイスは、上述のような方法によりSOH を決定する段階を実行するとき、SOH の決定段階中に電池を利用するものに最適な基準電流を選択してもよい。
【００７５】
このような変更、調整及び改良は、本開示の一部であり、本発明の趣旨及び範囲内にあることが意図されている。従って、上記の記載は単なる例示であり、限定することを意図するものではない。本発明は、以下の特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定される。
【００７６】
本特許出願は、仏国特許出願第14／52182 号の優先権を主張しており、特許法で許容可能な最大限に至るまでその内容全体が本明細書に参照により組み込まれる。
【図１】
2015175854.tif 000003
【図２】
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【図３】
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