(57)【要約】  本発明は、電気化学的なエネルギー貯蔵セルのための診断方法および診断システム並びにそのような診断システムを有する車両に関する。主負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって生じる電流を第一の励起周波数で変調して中心的な測定を行う。その際に、エネルギー貯蔵セルに現れる電圧を測定し、測定された電流および測定された電圧に基づいて第一のインピーダンス値を求める。さらに、予め決められたセル別負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって生じる既知の電流を第二の励起周波数で変調する。その際にエネルギー貯蔵セルに現れる電圧を測定し、既知の電流および測定された電圧に基づいて第二のインピーダンス値を求める。その上で、第一のインピーダンス値を第二のインピーダンス値と比較することによって診断情報を出力する。
2021522486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学的なエネルギー貯蔵セル（１０）のための診断方法（１）であって、
主負荷（８０）にエネルギー貯蔵セル（１０）を電気的に接続することによって生じる電流（Ｉ）を第一の励起周波数（ｆ１）で変調すること；
当該変調された電流（Ｉ）を中心的に測定すること；
その際にエネルギー貯蔵セル（１０）に現れる電圧（Ｕ）を測定すること；
当該測定された電流（Ｉ）及び当該測定された電圧（Ｕ）に基づいて第一のインピーダンス値（Ｚｅｘｔ）を求めること；
予め決められたセル別負荷（１４）にエネルギー貯蔵セル（１０）を電気的に接続することによって生じる既知の電流（ＩＳＣＭ）を第二の励起周波数（ｆ２）で変調すること；
その際にエネルギー貯蔵セル（１０）に現れる電圧（Ｕ）を測定すること；
当該既知の電流（ＩＳＣＭ）及び当該測定された電圧（Ｕ）に基づいて第二のインピーダンス値（ＺＳＣＭ）を求めること；
第一のインピーダンス値（Ｚｅｘｔ）を第二のインピーダンス値（ＺＳＣＭ）と比較することによって診断情報を求めること；及び
当該診断情報を出力すること
を含む方法。
【請求項２】
予め決められたセル別負荷（１４）にエネルギー貯蔵セル（１０）を電気的に接続することによってエネルギー貯蔵セル（１０）に現れる電圧（Ｕ）を将来において少なくとも一度測定するときに前記診断情報を考慮する請求項１に記載の診断方法（１）。
【請求項３】
測定された電流（Ｉ）および／または測定された電圧（Ｕ）を励起周波数（ｆ１，ｆ２）に関してフィルタリングする請求項１または２に記載の診断方法（１）。
【請求項４】
第二の励起周波数（ｆ２）を第一の励起周波数（ｆ１）と少なくとも略同じに選択し、主負荷（８０）にエネルギー貯蔵セル（１０）を電気的に接続することによって生じる電流（Ｉ）を先ず変調し、それから初めてセル別負荷（１４）にエネルギー貯蔵セル（１０）を電気的に接続することによって生じる既知の電流（ＩＳＣＭ）を変調する請求項１から３のいずれか一つに記載の診断方法（１）。
【請求項５】
第二の励起周波数（ｆ２）を第一の励起周波数（ｆ１）とは異なるように選択し、主負荷（８０）にエネルギー貯蔵セル（１０）を電気的に接続することによって生じる電流（Ｉ）を変調するのと少なくとも略同時に、予め決められたセル別負荷（１４）にエネルギー貯蔵セル（１０）を電気的に接続することによって生じる電流（ＩＳＣＭ）を変調する請求項１から３のいずれか一つに記載の診断方法（１）。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の診断方法（１）を実施するように構成されている電気化学的なエネルギー貯蔵セル（１０，１０‘，１０‘‘）のための診断システム（１００）。
【請求項７】
主負荷（８０）にエネルギー貯蔵セル（１０）を電気的に接続することによって生じる電流（Ｉ）を測定するための中央電流測定部（２３）；及び
当該既知の電流（ＩＳＣＭ）及び当該測定された電圧（Ｕ）に基づいて第二のインピーダンス値（ＺＳＣＭ）を求めるためのセル別解析装置（１１）；
を有し、
中央電流測定部（２３）は、主負荷（８０）にエネルギー貯蔵セル（１０）を電気的に接続することによってセル別解析装置（１１）に生じる測定された電流（Ｉ）の振幅をセル別解析装置（１１）に出力するように構成され、
セル別解析装置（１１）は、第二のインピーダンス値（ＺＳＣＭ）に加えて、中央電流測定部（２３）により出力された電流（Ｉ）の振幅と、測定された電圧（Ｕ）とに基づいて第一のインピーダンス値（Ｚｅｘｔ）も求めるように構成されている
請求項６に記載の診断システム（１００）。
【請求項８】
電気的なエネルギー貯蔵セル（１０）と、請求項６または７に記載の診断システム（１００）とを有する車両、特に自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学的なエネルギー貯蔵セル、特にリチウムイオン電池セルのための診断方法および診断システム並びにそのような診断システムを有する車両、特に自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロモビリティの分野など、性能と動作信頼性について高い要求が課せられる電気化学的エネルギー貯蔵体は、今日では通常、エネルギー貯蔵体の動作、場合によっては、エネルギー貯蔵体を構成するリチウムイオン電池セルといった個々のエネルギー貯蔵セルの動作の監視を可能にする電子機器が装備されている。例えば、エネルギー貯蔵体やエネルギー貯蔵セルのインピーダンス測定を行って、エネルギー貯蔵体やエネルギー貯蔵セルの温度を割り出すことが知られている。割り出された温度は次に、例えば、割り出された温度に応じてエネルギー貯蔵体を冷却したり或いはエネルギー貯蔵体の出力を制限したりすることで、エネルギー貯蔵体の動作を操る際の制御パラメータとして用いることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、電気化学的なエネルギー貯蔵セルのインピーダンスを特定することを改善し、特に、それをより信頼できるものにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、独立請求項に係る電気化学的なエネルギー貯蔵セルのための診断方法および診断システムによって解決される。本発明の有利な実施は、従属請求項の主題である。
【０００５】
本発明の第一の観点は、特にエネルギー貯蔵体の電気化学的なエネルギー貯蔵セル、特にリチウムイオン電池セルのための診断方法であって：（ｉ）特に貯蔵体外部のおよび／または変化し得る主負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって生じる電流を第一の励起周波数で変調すること；（ｉｉ）第一の励起周波数で変調された電流を特に貯蔵体外部で中心的に（メインで／主にして）測定すること；（ｉｉｉ）その際に、特に電流を変調および／または測定するのと同時に、エネルギー貯蔵セルに現れる電圧を測定すること；（ｉｖ）測定された電流と、特に、エネルギー貯蔵セルを主負荷に接続することによって現れる測定された電圧とに基づいて第一のインピーダンス値を求めること；（ｖ）予め決められたセル別の、特にそのエネルギー貯蔵セルに対して設けられた負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって生じる既知の電流を第二の励起周波数で変調すること；（ｖｉ）その際に、既知の電流を変調するのと同時にエネルギー貯蔵セルに現れる電圧を測定すること；（ｖｉｉ）既知の電流と、特に、予め決められたセル別負荷にエネルギー貯蔵セルを接続することによって現れる測定された電圧とに基づいて第二のインピーダンス値を求めること；（ｖｉｉｉ）第一のインピーダンス値を第二のインピーダンス値と比較することによって診断情報を求めること；及び（ｉｘ）その診断情報を出力することを有する診断方法に関する。
【０００６】
主負荷にエネルギー貯蔵セルを接続するか或いはエネルギー貯蔵セルを内蔵するエネルギー貯蔵体を接続することによって生じる電流は、好ましくは主負荷自体によってそのまま変調を受けるか、或いはエネルギー貯蔵セル又はエネルギー貯蔵体を電気的に主負荷に接続することを通じて変調を引き起こす。この目的のために、主負荷は、中央制御装置、例えばエネルギー貯蔵体制御部によって然るべく制御することができる。電流を変調するというのはこのとき、主となる（中心的な）励起をエネルギー貯蔵セルに加えるということである。この励起によってエネルギー貯蔵セルの第一のインピーダンスを求めることができる。
【０００７】
本発明の意味において主負荷とは特に、貯蔵体外部の負荷であり、この負荷によって、エネルギー貯蔵体の全てのエネルギー貯蔵セルに同時に負荷を与えることができる。主負荷は、例えば、何か電気モータによって動かされる車両を駆動するための電気機械であってもよいし、或いは、エネルギー貯蔵体に車両のワイヤハーネスを接続するためのＤＣ−ＤＣコンバータであってもよい。主負荷はここで、電気的な消費を行なうものとしてだけ形成されていなければならないというものではない。本発明の意味において主負荷は、例えば再生モードで動作している車両の電気モータ等、特定の動作状態においてエネルギー貯蔵体又はエネルギー貯蔵セルに電気的なエネルギーを供給することができる構成要素としても捉えることのできるものである。
【０００８】
制御装置はまた、制御装置の電流測定部を用いるなどして、エネルギー貯蔵体の複数のエネルギー貯蔵セルからなるセル連鎖において中心的に（メインに）電流を測定、つまり、セル連鎖において一度に電流を測定するようにも構成することができる。そのような主（中心／メイン）となる電流測定は、その精度の故に有利である。
【０００９】
予め決められたセル別負荷をエネルギー貯蔵セルに電気的に接続することによって生じる既知の電流は、好ましくは、エネルギー貯蔵セルの例えば集積回路といったセル別解析装置によって、解析装置の何かセル別スイッチ部を用いる等して変調される。セル別負荷はここで、好ましい態様では、例えばセル別解析装置の電気部品といった構成部材である。電流を変調するというのはこのとき、セル別の励起をエネルギー貯蔵セルに加えるということである。この励起によってエネルギー貯蔵セルの第二のインピーダンスを求めることができる。
【００１０】
予め決められたセル別負荷は例えば、特性が分かっている分流器とすることができる。それにより特に、セル別負荷をエネルギー貯蔵セルに電気的に接続することにより流れる電流がどれくらいの大きさになるのか事前に知っておくことができるか又は少なくとも既知の特性から導出することができる。従って、エネルギー貯蔵セルの第二のインピーダンスをセル別に求めるためには、そのときにエネルギー貯蔵セルに現れる電圧さえ測定すればよい。
【００１１】
普通は、貯蔵体外部の制御装置を用いる等した主となる（中心的な）測定による電流は、予め決められたセル別負荷を通る既知の電流に比べてより高い精度で分かっているので、第一のインピーダンスは、第二のインピーダンスよりも高い精度で求めることができる。従って、求められた第二のインピーダンスは、例えば比や差を取る等、比較を行なうことによって、求められた第一のインピーダンスを用いて有利にも検証することができる。
【００１２】
出力された診断情報により、エネルギー貯蔵セルにおけるインピーダンス測定を確実に監視することが可能になる。診断情報には、例えば、求められた第一のインピーダンスからの、求められた第二のインピーダンスの偏差の大きさが含まれていてもよい。この場合において、偏差が予め決めた偏差の閾値に達するか又はそれを上回ると、それを例えば、エネルギー貯蔵セルのセル別解析装置の故障、場合によっては中央制御装置の故障の兆候として捉えることができ、然るべき保守点検の要求を出力することができる。代替的または付加的に、エネルギー貯蔵セルの動作を少なくとも限定することができ、例えば出力を制限できることで、不確かにしか特定されていない可能性のある温度に基づいた動作管理によりエネルギー貯蔵セルが損傷するリスクを減らすことができる。
【００１３】
出力された診断情報により、特に、エネルギー貯蔵セル、特にエネルギー貯蔵セルを内蔵するエネルギー貯蔵体を動作させるために必要な機能−電流測定、電流生成および電圧測定をセルレベルで監視し、或いは機能不全を特定することが可能になり、その結果、場合によっては、然るべき対策ないし修復措置を講じることができるようになる。これにより、エネルギー貯蔵セル又はエネルギー貯蔵体の信頼性が向上するだけでなく、その寿命も長くなる。
【００１４】
総じて、本発明により、電気化学的なエネルギー貯蔵セルのインピーダンスを特定することが改善され、特により高い信頼性で特定することが可能となる。
【００１５】
以下に、本発明の好ましい実施形態および発展形態について述べるが、これらはそれぞれ、特に明示的に除外されない限り、互いに自由に組み合わせることができるとともに、本発明の以下に記載される観点と組み合わせることができる。
【００１６】
好ましい実施形態では、予め決められたセル別負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによってエネルギー貯蔵セルに現れる電圧を将来において少なくとも一度測定するときに上記の診断情報を考慮する。好ましくは、エネルギー貯蔵セルに現れる電圧を測定するように構成されているセル別解析装置が診断情報に基づいて較正される。この目的のために、第一のインピーダンスを第二のインピーダンスと比較することを通して、診断情報であるか又は少なくとも診断情報の一部である補正因子を求めることができる。これにより、本発明による方法が少なくとも一度実施されたら、エネルギー貯蔵セルのインピーダンスをセル別に確実且つ正確に求めることが可能になる。
【００１７】
さらに他の好ましい実施形態では、測定された電流および／または測定された電圧は、励起周波数に関してフィルタリングされる。好ましくは、例えば中央制御装置および／またはセル別解析装置によって測定された電流および／または測定された電圧のフーリエ分解を実行し、第一または第二のインピーダンスを求めるための第一または第二の励起周波数に対応するフーリエ係数が選び出される。これにより、第一および／または第二のインピーダンスを特定する際の不確実性を減らすことができる。
【００１８】
或いは、第一または第二の励起周波数におけるインピーダンスに寄与する電流成分又は電圧成分を求めるために、例えば、測定された電流および／または測定された電圧に垂直相関（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅ  Ｋｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）（変調器／復調器）を用いることができる。ゲルツェルアルゴリズム（Ｇｏｅｒｔｚｅｌ−Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｕｓ）又は他のフィルター構造を適用することで、測定された電流又は測定された電圧から各励起周波数においてそれぞれフーリエ係数だけを得るようにすることも考えられる。
【００１９】
さらに好ましい実施形態では、第二の励起周波数を第一の励起周波数と少なくとも略同じに選択し、主負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって生じる電流を先ず変調し、それから初めてセル別負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって生じる既知の電流を変調する。特に、この実施形態における本発明による方法は、エネルギー貯蔵セルの動作開始時、例えば、エネルギー貯蔵セルを内蔵するエネルギー貯蔵体を備えた電気モータ駆動車両の始動時に少なくとも一度実施することができる。得られた診断情報に基づくことで、エネルギー貯蔵セルの動作中、例えば、車両による走行中におけるセル別解析装置を用いたその後のインピーダンス測定をこの方法によってより正確に行なうことができる。
【００２０】
さらに好ましい実施形態では、第二の励起周波数を第一の励起周波数とは異なるように選択し、主負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって生じる電流を変調するのと少なくとも略同時に、予め決められたセル別負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって生じる電流を変調する。異なる励起周波数で同時に変調することにより生じる電圧および／または電流はこのとき、好ましくはフィルタリングの手法を用いることで、特にフーリエ分解により、主負荷ないしセル別負荷との対応関係が与えられ、その結果、第一および第二のインピーダンスを同時に、しかしそれでもなお互いに独立に求めることができるようになる。特に、この実施形態における本発明による方法は、エネルギー貯蔵セルの通常動作中に、例えば、エネルギー貯蔵セルを内蔵するエネルギー貯蔵体を備えた電気モータ駆動車両による走行中に、少なくとも一度実施することができる。この方法は、好ましくはこのとき、予め決まった間隔で、例えば、予め決まった時間間隔で、或いは、予め決まった距離を車両が進むと実施される。これにより、エネルギー貯蔵セルの全動作期間にわたって、インピーダンス測定、特にセル別のインピーダンス測定を監視することができ、特に、セル別解析装置を診断情報に基づいて定期的に較正することができる。
【００２１】
好ましい態様ではこのとき、第一の励起周波数は、第二の励起周波数と殆ど僅かしか違わず、例えばせいぜい１ｋＨｚほど、好ましくはせいぜい１００Ｈｚほど、さらに好ましくはせいぜい１０Ｈｚほど、特にせいぜい２Ｈｚほどしか違わない。これにより、求められた第一及び第二のインピーダンスが互いに比較可能に維持され、診断情報が、例えば、インピーダンス測定、特にセル別のインピーダンス測定の信頼できる監視を可能にすることを保証できる。
【００２２】
本発明の第二の観点は、本発明の第一の観点による診断方法を実施するように構成されている電気化学的なエネルギー貯蔵セルのための診断システムに関する。
【００２３】
好ましい実施例では、診断システムは、場合によっては変化し得る主となる（中心的な）負荷（主負荷）であって、この主となる（中心的な）負荷（主負荷）にエネルギー貯蔵体を電気的に接続することによって生じる場合によっては変化し得る電流を第一の励起周波数で変調するための負荷と、場合によっては変化し得るこの電流を中心的に（メインに）測定する（主たる測定を行う）ための中央電流測定部とを有している。この主負荷は、好ましい方法で中央制御装置によって操作することができる。特に、電流の変調は、中央制御装置の外部負荷によって操作可能とされていてもよい。代替的または付加的に、中央電流測定部は、中央制御装置の一部、特にエネルギー貯蔵体制御部の一部である。特に、診断システムは、複数のエネルギー貯蔵セルからなるセル連鎖を一単位として一つの中央電流測定部のみを有し、主負荷にエネルギー貯蔵体を電気的に接続することによって流れる変調された電流は、同時に全てのエネルギー貯蔵セルに励起として作用し、測定することができる。
【００２４】
診断システムは、好ましい態様においてさらに、予め決められたセル別負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって生じる既知の電流を第二の励起周波数で変調するためのセル別のスイッチ部を有している。加えて、診断システムは、好ましくは、エネルギー貯蔵セルに現れる電圧を測定するためのセル別の電圧測定部を有している。セル別の電圧測定部は特に、主負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによってエネルギー貯蔵セルに現れる電圧を測定するように構成されている。
【００２５】
セル別の電圧測定部は、代替的ないし付加的に、予め決められたセル別負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによってエネルギー貯蔵セルに現れる電圧を測定するように構成することができる。セル別のスイッチ部およびセル別の電圧測定部は、好ましい態様において、セル別解析装置の一部、特に集積回路の一部であり、特に、セルの直ぐ周りに或いはその近くに配置することができる。
【００２６】
中央制御装置、特にエネルギー貯蔵体中央制御機はこのとき、中心的に測定された電流と、特に、主負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続する際に測定される電圧とに基づいて第一のインピーダンス値を求めるように構成することができる。加えて、セル別解析装置は、既知の電流と、特に、セル別負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続する際に測定される電圧とに基づいて第二のインピーダンスを求めるように構成することができる。
【００２７】
さらに好ましい実施形態では、中央制御装置、特に電流測定部は、主負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって生じる電流であって、測定された電流の振幅をセル別解析装置に出力するように構成されている。セル別解析装置はこのとき、好ましい態様では、第二のインピーダンス値に加えて、中央制御装置、特に電流測定部によって出力された電流の振幅と、特に、主負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続する際に測定された電圧とに基づいて、第一のインピーダンス値を求めるように構成されている。これにより、特に、セル別解析装置によるセル別のインピーダンス測定の診断を、特にエネルギー貯蔵セルの集積回路上で実行することができ、その結果、中央制御装置のリソースを節約することができる。
【００２８】
本発明の第三の観点は、電気的なエネルギー貯蔵セルと、本発明の第二の観点による診断システムとを有する車両、特に自動車に関する。この種の車両は特に、診断システムにより電気的なエネルギー貯蔵セルにおけるインピーダンス測定を監視することによって、特に安全に運転することができる。
【００２９】
本発明の第一の観点及びその有利な実施態様に関して記載された特徴及び長所は、少しでも技術的に意味があれば、本発明の第二及び第三の観点並びにその有利な実施態様についても該当するし、逆もまた同様である。
【００３０】
本発明のさらに他の特徴、長所及び可能な用途は、図と関連した以下の記載から明らかになる。それらの図では、本発明の同じ又は対応する要素に対して同じ符号を使用する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】電気化学的なエネルギー貯蔵セルのための本発明による診断システムを示す図である。
【図２】セル別解析装置を有する電気化学的なエネルギー貯蔵セルを示す図である。
【図３】電気化学的なエネルギー貯蔵セルのための本発明による第一の実施例の診断方法を示す図である。
【図４】電気化学的なエネルギー貯蔵セルのための本発明による第二の実施例の診断方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、セル別解析装置１１（シングル・セル・チップ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃｅｌｌ  Ｃｈｉｐ），ＳＣＣ；シングル・セル・モニタ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃｅｌｌ  Ｍｏｎｉｔｏｒ），ＳＣＭとしても知られる。）と中央制御装置２０をそれぞれ有する複数の電気化学的なエネルギー貯蔵セル１０のための本発明による診断システム１００を示す。これらのエネルギー貯蔵セル１０は、直列に接続され、一緒になって、例えば車両に電気的なエネルギーを供給する電気化学的なエネルギー貯蔵体を形成する。さらに、電気化学的なエネルギー貯蔵体は、例示されているように、車両の車両ワイヤハーネスの高電圧部分に組み込むことができる。特に、エネルギー貯蔵体は、エネルギー貯蔵セル１０から供給される直流を、車両を駆動する電気機械４０、例えば電気モータにおいて交流として供給するために、モータ制御部３０若しくはインバータに電気的に接続されている。エネルギー貯蔵体はまた、供給された直流をより低い電圧で車両のワイヤハーネス６０において提供するＤＣ−ＤＣコンバータ５０に電気的に接続されている。
【００３３】
車両の通常運転中に電気的なエネルギーをエネルギー貯蔵体から引き出すモータ制御部３０若しくは電気機械４０又は直流変換器５０若しくはワイヤハーネス６０は、好ましくは主負荷（中心／メインとなる負荷）８０を形成する。主負荷８０はこのとき、特に車両の運転状態に応じて変化し得る。エネルギー貯蔵セル１０にこの負荷をかけた状態で流れる電流は、本発明により、主負荷８０によって変調される。
【００３４】
好ましくは、高周波の変調が第一の励起周波数で実行される。制御装置２０のエネルギー貯蔵体中央制御機２１（バッテリー監視ユニット（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｕｎｉｔ），ＢＭＵ）は、主負荷８０、すなわちモータ制御部３０又はＤＣ−ＤＣコンバータ５０によって、第一の励起周波数で電流を変調させることができる。このようにエネルギー貯蔵セル１０にメインとなる（主となる）負荷をかけることが一つの励起に該当し、この励起によって、エネルギー貯蔵セル１０のインピーダンスを中心的に求める（中央で求める）ことができる。
【００３５】
制御装置２０は、インピーダンスを求めるために電流測定部２３を有し、この電流測定部が、主負荷８０にエネルギー貯蔵セル１０を電気的に接続することによって生じる電流Ｉを測定するように構成されている。示された例では、電流測定部２３は、制御装置２０の中央接触器２２内に組み込まれ、例えば基板上に組み込まれている。
【００３６】
インピーダンスを特定するためにも必要な電圧であり、主負荷８０に電気的に接続した際にエネルギー貯蔵セル１０に現れる電圧は、それぞれエネルギー貯蔵セル１０の近くで或いはその内部において付属の解析装置１１によって測定される。そのような解析装置１１は、各エネルギー貯蔵セル１０に現れる電圧を測定するように例えばチップとして作ることができる。測定された電流と測定された電圧に基づいて求められたインピーダンスは、第一のインピーダンスとも言う。
【００３７】
求められた電圧値は例えば、データ接続７０を介して制御装置２０のエネルギー貯蔵体中央制御機２１に送ることができる。この例では、第一のインピーダンスは、制御装置によって求めることができる。
【００３８】
或いは、第一のインピーダンスは、エネルギー貯蔵セル１０の一つ一つについて、それぞれセル別解析装置１１によっても求めることができる。そのために、電流測定部２３によって測定された電流がデータ接続７０を介して解析装置１１に送られる。
【００３９】
主となる（メインの／中心的な）励起（中央の励起）を用いて行なわれる第一のインピーダンス測定の精度を高めるために、測定された電流と測定された電圧は、例えばフーリエ分解によって第一の励起周波数に関してフィルタリングすることができる。このフィルタリングは、少なくとも部分的に制御装置２０によって実行することができる。或いは、フィルタリングは、少なくとも部分的に解析装置１１によって実行することもできる。
【００４０】
好ましくは、解析装置１１は、主負荷８０にエネルギー貯蔵セル１０を電気的に接続する際に現れる電圧を求めるだけでなく、各エネルギー貯蔵セル１０のセル別の第二のインピーダンスを求めるようにも構成されている。この目的のために、解析装置１１は、それぞれ予め決められたセル別負荷に、例えば解析装置１１の分流器（シャント）に各エネルギー貯蔵セル１０を電気的に接続することによって生じる既知の電流を変調することができ、その際に各エネルギー貯蔵セル１０に現れる電圧を測定することができる。
【００４１】
好ましくは、高周波のセル別の変調は、第二の励起周波数で実行される。このようにエネルギー貯蔵セル１０に負荷をかけることが一つの励起に該当し、この励起によって、エネルギー貯蔵セル１０のインピーダンスをセル別に求めることができる。
【００４２】
このように構成された解析装置１１の場合に、中心的にインピーダンスを求める制御装置２０に純粋な電圧値だけを出力するために、解析装置１１は、インピーダンスをセル別に求めるときに、予め決められたセル別負荷に対応する予め決められた電流が単に考慮されるだけでなく、１Ａの電流が想定されるように形成することができる。すると、このようにして解析装置１１によって求められるインピーダンスＺ＝Ｕ／１Ａは、ちょうど各エネルギー貯蔵セル１０において現れる電圧に対応する。
【００４３】
制御装置２０、特にエネルギー貯蔵体中央制御機２１は、好ましくは、制御装置２０によって中心的に求められた第一のインピーダンスを、解析装置１１のそれぞれによってセル別にそれぞれ求められた第二のインピーダンスと比較し、この比較に基づいてインピーダンス測定に関する診断情報を作成し出力するように構成されている。第一のインピーダンス測定については、主となる（中心的な）負荷によって生じる電流が電流測定部２３を用いて正確に測定されるのに対して、第二のインピーダンス測定のそれぞれについては、セル別に負荷をかけることによって生じる予め定められる電流が単に想定されるものに過ぎないという理由から、第一のインピーダンス測定が信頼性のより高いものと想定され、従って、求められた第二のインピーダンスは、第一のインピーダンスを用いて検証することができる。必要に応じて、解析装置１１は、解析装置１１による例えば車両の運転中における将来のセル別インピーダンス測定を高い信頼性で行うために、診断情報を用いて較正することができる。
【００４４】
図２は、セル別解析装置１１を有する電気化学的なエネルギー貯蔵セル１０を示す。セル別解析装置１１は、予め決められたセル別負荷１４にエネルギー貯蔵セル１０、特に電極部１３を電気的に接続したときに現れる電圧Ｕを測定するための電圧測定部１２を備えている。解析装置１１はまた、電気的に接続したときに生じる既知の電流を変調するためのセル別スイッチ部１５を備えている。ここで、電流測定部１２とセル別負荷１４および／またはセル別スイッチ部１５のいずれも、解析装置１１の一部、特に集積回路ないしチップの一部とすることができる。
【００４５】
図１に関連して詳しく述べたように、解析装置１１は、セル別のインピーダンス測定を実行するように構成されている。代替的または付加的に、解析装置１１は、図１に関連して記載されているのと同じく、主負荷にエネルギー貯蔵セル１０を接続したときに現れる電圧を測定するように構成され、それによりさらに、中心的に形成された（中央で形成された）外的な電流を通してインピーダンスを特定することができるように構成されている。
【００４６】
図３は、第一の実施形態における電気化学的なエネルギー貯蔵セルのための本発明による診断方法１を示す。この診断方法１を用いることで、例えばセル別のインピーダンス測定を検証し且つ／又は付属の測定装置を較正することができる。
【００４７】
工程Ｓ１において、エネルギー貯蔵セルを内蔵する電気化学的なエネルギー貯蔵体の制御装置のエネルギー貯蔵体中央制御機（バッテリーモニタリングユニット，ＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｕｎｉｔ））は、例えば、制御装置の中央スイッチ部に開始信号を出力することによって、方法１、特にキャリブレーションシーケンスを開始する。このキャリブレーションシーケンスは、好ましくはエネルギー貯蔵セルの動作開始前に実行される。
【００４８】
工程Ｓ２において、スイッチ部は、特に、変化し得る主負荷をエネルギー貯蔵セルに電気的に接続することによって生じる電流を、エネルギー貯蔵体制御機によって所定の第一の励起周波数ｆ１で変調する。この変調がエネルギー貯蔵セルに主となる励起を加え、これによって、さらに後の工程Ｓ７で第一のインピーダンスＺｅｘｔを求めることができる。
【００４９】
続く工程Ｓ３において、接続時に生じる電流Ｉが制御装置の電流測定部によって測定される。少なくとも略同時に、工程Ｓ５では、さらに後の工程Ｓ１０において第二のインピーダンスＺＳＣＭをセル別に求めるように構成されているセル別解析装置（シングル・セル・モニタ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃｅｌｌ  Ｍｏｎｉｔｏｒ），ＳＣＭ；シングル・セル・チップ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃｅｌｌ  Ｃｈｉｐ），ＳＣＣの呼び名でも知られている。）を用いて、貯蔵体の主となる外的な励起によって１Ａの電流が流れるとの想定のもとでインピーダンス測定を開始する。
【００５０】
後続の工程Ｓ４，Ｓ６において、一方では、エネルギー貯蔵体中央制御機により、例えば第一の励起周波数ｆ１における電流Ｉのフーリエ係数Ｆを特定することによって、測定された電流Ｉをフィルタリングすることができ、他方では、解析装置により、例えば第一の励起周波数ｆ１における電圧Ｕのフーリエ係数Ｆを特定することによって、インピーダンスＺ＝Ｕ／１として測定された電圧をフィルタリングすることができる。
【００５１】
第一のインピーダンスＺｅｘｔは、解析装置によって測定された電圧が中央制御装置に提供されれば中央制御装置によって求めることができる。しかしながら、第一のインピーダンスＺｅｘｔをそのまま解析装置によって求めることができるように、流された電流、特に電流測定部により測定された電流をセル別解析装置に提供することも可能である。
【００５２】
工程Ｓ７において電流Ｉと電圧Ｕのフーリエ係数Ｆを求めることによって第一のインピーダンスＺｅｘｔを求めた後、続く工程Ｓ８では、主となる励起（中央の励起）を終了し、第二のインピーダンスＺＳＣＭを求めるためのセル別のインピーダンス測定を開始する。このとき、エネルギー貯蔵セルは、予め決められた、つまり固定値のセル別負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって生じる既知の電流ＩＳＣＭを第二の励起周波数（この実施形態では、第一の励起周波数ｆ１に相当する）で変調することによって、セル別の励起が加えられる。このときに現れる電圧Ｕは、工程Ｓ１０において測定され、既知の電流ＩＳＣＭを用いてセル別の第二のインピーダンスＺＳＣＭに換算される。
【００５３】
このように求められた第二のインピーダンスＺＳＣＭは、好ましくはエネルギー貯蔵体中央制御機に送られ、そこで前に求めた第一のインピーダンスＺｅｘｔと工程Ｓ１１において比較される。このとき、比較を行なう中で、診断情報、例えば補正因子が求められて出力され、例えばエネルギー貯蔵体中央制御機内に保存されるか或いは解析装置に送られ、将来のセル別のインピーダンス測定を補正できるようにする。
【００５４】
図４は、第二の実施形態におけるエネルギー貯蔵セルのための本発明による診断方法１を示す。図３に関連して述べた実施形態と同様に、エネルギー貯蔵セルを内蔵するエネルギー貯蔵体のための制御装置のエネルギー貯蔵体中央制御機は、工程Ｓ１ａにおいて、例えばエネルギー貯蔵体ないしエネルギー貯蔵セルから電気的なエネルギーが取り出される車両運転中にインピーダンス測定を開始する。
【００５５】
続く工程Ｓ２ａにおいて、制御装置のスイッチ部は、貯蔵体外部の主負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって生じる電流Ｉを第一の励起周波数ｆ１で変調する。それに続く工程Ｓ３ａでは、生じる電流Ｉが制御装置の電流測定部により測定されてフィルタリングされ、第一の励起周波数ｆ１における例えばフーリエ係数Ｆが計算される。
【００５６】
少なくとも略同時に、続く工程Ｓ４ａにおいて、所定のセル別負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって流れる既知の電流を第一の励起周波数ｆ１とは異なる第二の励起周波数ｆ２で励起することで、エネルギー貯蔵セルの解析装置によるセル別のインピーダンス測定を開始する。このときに同様に現れる電圧Ｕを測定することで、解析装置が既知の電流ＩＳＣＭと測定された電圧Ｕとに基づいて第二のインピーダンスＺＳＣＭを求めることが可能になる。
【００５７】
この工程Ｓ４ａは、本実施形態では、主負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによって現れる電圧Ｕを求めることも含む。そのために、図３に関連して詳しく述べたように、１Ａの電流が流れると想定することで、解析装置によって求められるインピーダンスＺｅｘｔ，ＳＣＭが、ちょうど現れる電圧Ｕに対応するようにする。
【００５８】
一方では主負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによる電圧と、他方ではセル別負荷にエネルギー貯蔵セルを電気的に接続することによる電圧との、測定された電圧Ｕに対する寄与を互いに区別する若しくは互いに分離することができるようにするために、測定された電圧Ｕは、特に、第一の励起周波数ｆ１におけるフーリエ係数Ｆと第二の励起周波数ｆ２におけるフーリエ係数Ｆとに分解される。第二の励起周波数ｆ２における電圧Ｕのフーリエ係数Ｆと、既知の電流ＩＳＣＭとに基づいて、解析装置により第二のインピーダンスＺＳＣＭを求めることができる。第一の励起周波数ｆ１における電圧Ｕのフーリエ係数Ｆに基づいて、解析装置により、第一の励起周波数ｆ１による励起の際の電圧Ｕに対応するインピーダンスＺｅｘｔ，ＳＣＭを求めることができ、それらに基づいて、エネルギー貯蔵体中央制御機により、続く工程Ｓ５ａにおいて、求められた電流Ｉ若しくはその第一の励起周波数ｆ１におけるフーリエ係数Ｆを考慮に入れて第一のインピーダンスＺｅｘｔを求めることができる。第一のインピーダンスＺｅｘｔと第二のインピーダンスＺＳＣＭとを互いに比較することで、例えばセル別に測定されたインピーダンスＺＳＣＭを検証する。
【００５９】
これまで少なくとも一つの例示的な実施形態について説明してきたが、これに加えて多数の変形例が存在することに留意されたい。上述の例示的な実施形態は、限定を伴わない例のみを表し、ここで述べられた装置および方法の用途ないし構成の範囲を狭めることを意図するものではないことにも注意されたい。むしろ、先の記述は、少なくとも例示的な実施形態を実施するための手引きを当業者に与えるものであって、添付の特許請求の範囲においてそれぞれ特定される対象並びにその法的な均等物から逸脱することなく、例示的な実施形態において述べた構成要素の動作態様と構成の様々な変更を行なうことができることは明らかである。
【符号の説明】
【００６０】
１                診断方法
Ｓ１−Ｓ１２      工程
Ｓ１ａ−Ｓ５ａ    工程
１０              エネルギー貯蔵セル
１１              解析装置
１２              電圧測定部
１３              電極部
１４              セル別負荷
１５              セル別スイッチ部
２０              制御装置
２１              エネルギー貯蔵体中央制御機
２２              中央接触器
２３              電流測定部
３０              モータ制御部／インバータ
４０              電気機械
５０              ＤＣ−ＤＣコンバータ
６０              ワイヤハーネス
７０              データ接続
８０              主負荷
１００            診断システム
Ｕ                電圧
Ｉ                電流
ＩＳＣＭ          既知の電流
Ｆ                フーリエ係数
Ｚｅｘｔ，ＳＣＭ  測定された電圧に対応するインピーダンス
Ｚｅｘｔ          第一のインピーダンス
ＺＳＣＭ          第二のインピーダンス
ｆ１              第一の励起周波数
ｆ２              第二の励起周波数
【図１】
2021522486.tif 000003
【図２】
2021522486.tif 000004
【図３】
2021522486.tif 000005
【図４】
2021522486.tif 000006
【国際調査報告】
2021522486.tif 000007
2021522486.tif 000008
2021522486.tif 000009
2021522486.tif 000010
2021522486.tif 000011