(57)【要約】  本発明は、互いに直列に接続された複数のバッテリーセル３〜７から成る少なくとも一つのセルブロック２０を備えたエネルギー貯蔵器２を全てのバッテリーセル３〜７を通って流れるシリアル充電電流Ｉｏを用いて充電及び放電する方法であって、バッテリーセル３〜７の中の少なくとも幾つかが異なる容量ＣＮを有する可能性が有る方法に関する。本発明は、エネルギー貯蔵器の確実で速い充電を可能にするために、規則的な時間間隔でセルブロックのＮ個のバッテリーセルの容量ＣＮを測定して、各バッテリーセルに関して、測定した容量と所与のＣ係数（最大充電電流ＩＮ；ｍａｘをＣＮで割った商）とに基づき、それぞれの最大充電電流を決定することを提案する。そして、バッテリーセルは、Ｃ係数により与えられる充電時間（ｔ≦１／Ｃ）の間に、この最大充電電流により同時に充電される。この場合、最大充電電流がシリアル充電電流Ｉｏと一致するバッテリーセルは、シリアル充電電流だけで充電され、最大充電電流ＩＮ；ｍａｘがシリアル充電電流よりも大きいバッテリーセルは、シリアル充電電流により充電されると同時に、セルブロックから取り出すことが可能な補助充電電流ＩＮにより充電され、これに関して、ＩＮ＝ＩＮ；ｍａｘ−Ｉｏが成り立ち、最大充電電流ＩＮ；ｍａｘがシリアル充電電流Ｉｏよりも小さいバッテリーセルは、シリアル充電電流により充電されると同時に、最大充電電流ＩＮ；ｍａｘを上回る電流Ｉｏ−ＩＮ；ｍａｘが放電電流としてセルブロックに供給される。
2021500840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列に接続された複数のバッテリーセル（３〜７）から成る少なくとも一つのセルブロック（２０）を備えたエネルギー貯蔵器（２）を全てのバッテリーセル（３〜７）を通って流れるシリアル充電電流（Ｉｏ）を用いて充電する方法であって、これらのバッテリーセル（３〜７）の中の少なくとも幾つかが異なる容量（ＣＮ）を有する可能性が有る方法において、
ａ）所与の時間間隔で個々のバッテリーセル（３〜７）の容量（ＣＮ）を測定して、管理・制御機器（１４）のメモリに保存し、
ｂ）そして、所与のＣ係数（最大充電電流ＩＮ；ｍａｘをＣＮで割った商）を考慮して、個々の容量（ＣＮ）に関して特徴的な最大充電電流（ＩＮ；ｍａｘ）を管理・制御機器（１４）によって決定し、
ｃ）その次に、所与の時間（ｔ≦１／Ｃ係数）の間に、バッテリーセル（３〜７）の充電が、それらのバッテリーセル（３〜７）に割り当てられた最大充電電流（ＩＮ；ｍａｘ）により同時に行われ、その際、
最大充電電流（ＩＮ；ｍａｘ）がシリアル充電電流（Ｉｏ）と一致するバッテリーセル（３〜７）は、シリアル充電電流（Ｉｏ）だけで充電され、
最大充電電流（ＩＮ；ｍａｘ）がシリアル充電電流（Ｉｏ）よりも大きいバッテリーセル（３〜７）は、シリアル充電電流（Ｉｏ）により充電されると同時に、補助充放電機器（９〜１３）を介してセルブロック（２０）から取り出すことが可能な補助充電電流（ＩＮ）により充電され、これに関して、ＩＮ＝ＩＮ；ｍａｘ−Ｉｏが成り立ち、
最大充電電流（ＩＮ；ｍａｘ）がシリアル充電電流（Ｉｏ）よりも小さいバッテリーセル（３〜７）は、シリアル充電電流（Ｉｏ）により充電されると同時に、最大充電電流（ＩＮ；ｍａｘ）を上回る電流（Ｉｏ−ＩＮ；ｍａｘ）が、そのバッテリーセルに対応する補助充放電機器を介して、補助放電電流としてセルブロック（２０）に供給されるか、
或いは、計算された最大充電電流（ＩＮ；ｍａｘ）の全てが利用可能なシリアル充電電流（Ｉｏ）よりも大きい場合に、バッテリーセル（３〜７）の充電が、互いの比率が計算された最大充電電流（ＩＮ；ｍａｘ）と同じである値の充電電流により同時に行なわれる、
との特徴を有する方法。
【請求項２】
互いに直列に接続された複数のバッテリーセル（３〜７）から成る少なくとも一つのセルブロック（２０）を備えたエネルギー貯蔵器（２）を全てのバッテリーセル（３〜７）を通って流れるシリアル放電電流（Ｉｏ’）を用いて放電する方法であって、これらのバッテリーセル（３〜７）の中の少なくとも幾つかが異なる容量（ＣＮ）を有する可能性が有る方法において、
ａ）所与の時間間隔で個々のバッテリーセル（３〜７）の容量（ＣＮ）を測定して、管理・制御機器（１４）のメモリに保存し、
ｂ）そして、所与のＣ係数（最大充電電流ＩＮ；ｍａｘをＣＮで割った商）を考慮して、個々の容量（ＣＮ）に関して特徴的な最大放電電流（ＩＮ；ｍａｘ）を管理・制御機器（１４）によって決定し、
ｃ）その次に、所与の時間（ｔ≦１／Ｃ係数）の間に、バッテリーセル（３〜７）の放電が、それらのバッテリーセル（３〜７）に割り当てられた最大放電電流（ＩＮ；ｍａｘ）により同時に行われ、その際
最大放電電流（ＩＮ；ｍａｘ）がシリアル放電電流（Ｉｏ’）と一致するバッテリーセル（３〜７）は、シリアル放電電流（Ｉｏ’）だけで放電され、
最大放電電流（ＩＮ；ｍａｘ）がシリアル放電電流（Ｉｏ’）よりも大きいバッテリーセル（３〜７）は、シリアル放電電流（Ｉｏ’）により放電されると同時に、補助充放電機器（９〜１３）を介してセルブロック（２０）から供給することが可能な補助放電電流（ＩＮ’）により放電され、これに関して、ＩＮ’＝ＩＮ；ｍａｘ−Ｉｏ’が成り立ち、
最大放電電流（ＩＮ；ｍａｘ）がシリアル放電電流（Ｉｏ’）よりも小さいバッテリーセル（３〜７）は、シリアル放電電流（Ｉｏ’）により放電されると同時に、最大放電電流を上回る電流（Ｉｏ’−ＩＮ；ｍａｘ）が、そのバッテリーセルに対応する補助充放電機器を介して、補助充電電流としてセルブロック（２０）に供給される、
との特徴を有する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
最も小さな容量を有するバッテリーセル（３〜７）がそのバッテリーセルの最大充電電流により充電され、それ以外のバッテリーセル（３〜７）が、シリアル充電電流（Ｉｏ）に追加して、それぞれ各バッテリーセルの容量と最も小さな容量を有するバッテリーセルの容量との間の差から得られる最大補助充電電流により充電されるように、シリアル充電電流（Ｉｏ）が選定されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
シリアル充電電流が、全てのバッテリーセル（３〜７）から算出した平均的な容量を有するバッテリーセル（３〜７）の最大充電電流と一致し、充電プロセスの間に、この平均的な容量よりも小さな容量を有するバッテリーセル（３〜７）では、シリアル充電電流（Ｉｏ）の一部が再びセルブロックに供給され、この平均的な容量よりも大きな容量を有するバッテリーセル（３〜７）が第一の充電電流とバッテリ全体から取り出すことが可能な補助充電電流とにより同時に充電されるように、シリアル充電電流（Ｉｏ）が選定されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
最も大きな容量を有するバッテリーセル（３〜７）がそのバッテリーセルの最大充電電流により充電され、それ以外のバッテリーセル（３〜７）が、シリアル充電電流（Ｉｏ）により専ら部分的に充電されるとともに、そのバッテリーセルの最大充電電流を上回る電流成分がセルブロック（２０）に供給されるように、シリアル充電電流（Ｉｏ）が選定されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法において、
一つのセルブロック（２０）の個々のバッテリーセル（３〜７）の容量が、直列に接続されたバッテリーセル（３〜７）で自動的に測定されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、
先ずは、セルブロック（２０）全体が、そのセルブロックの充電終了電圧に到達するまで、シリアル充電電流（Ｉｏ）により充電され、その次に、このセルブロック（２０）の個々のバッテリーセル（３〜７）の各々が、それに割り当てられた補助充放電機器（９〜１３）を用いて、そのバッテリーセルの充電最終電圧に到達するまで更に充電されることと、
そして、このセルブロック（２０）が、シリアル放電電流（Ｉｏ’）により８０％の放電深度にまで放電され、その次に、個々のバッテリーセル（３〜７）の各々が、それに割り当てられた補助充放電機器（９〜１３）を用いて、そのバッテリーセルの放電最終電圧にまで放電されることと、
最後に、このセルブロックと個々のバッテリーセルの時間に関して積分された放電電流から、バッテリーセルの容量が算出されることと、
を特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法において、
先ずは、全てのバッテリーセル（３〜７）が、それらの充電終了電圧に到達するまで、シリアル充電電流（Ｉｏ）により充電されて、最も大きな容量を有するバッテリーセル（３〜７）よりも低い充電最終電圧を有するバッテリーセル（３〜７）の過充電が、過剰となった電流が、そのバッテリーセルにそれぞれ割り当てられた、セルブロック（２０）の補助充放電機器（９〜１３）を介して供給されることによって防止されることと、
その次に、バッテリーセル（３〜７）が、最も大きな容量を有するバッテリーセル（３〜７）の放電最終電圧に到達するまで、所与のシリアル放電電流（Ｉｏ’）により放電されて、最も大きな容量を有するバッテリーセル（３〜７）よりも前に放電最終電圧に到達するバッテリーセル（３〜７）の充電不足を防止するために、そのバッテリーセル（３〜７）に、それに割り当てられた補助充放電機器（９〜１３）を介して、セルブロック（２０）から補助充電電流が供給されることと、
そして、全てのバッテリーセル（３〜７）の充電された状態と各バッテリーセル（３〜７）の放電最終電圧への到達との間に測定されたシリアル放電電流（Ｉｏ’）の時間的な推移から、バッテリーセルの容量が算出されることと、
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の方法において、
バッテリーセルの容量を算出するために、各充電プロセスの時間的な推移も用いられて、当該のバッテリの充電時と放電時に測定された容量値の間の平均値が、各バッテリーセルの容量として使用されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全てのバッテリを通って流れるシリアル充電電流及びシリアル放電電流を用いて、互いに直列に接続された複数のバッテリーセルから成る少なくとも一つのセルブロックを備えたエネルギー貯蔵器を充電及び放電する方法であって、バッテリーセルの中の少なくとも幾つかは異なる容量を有する可能性が有る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに直列に接続された複数の再充電可能なバッテリーセルから構成されるエネルギー貯蔵器（蓄電池）では、特に、各個別セルがエネルギー貯蔵器の充電時に過充電にも充電不足にもならず、全てのバッテリーセルが出来る限り同じ充電状態となることが、エネルギー貯蔵器の寿命にとって重要である。それは、特に、互いに直列に接続された複数のリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池及び／又はリン酸鉄リチウム電池から構成されるエネルギー貯蔵器に言えることである。
【０００３】
従って、通常そのようなエネルギー貯蔵器は、一方で充電コントロール機器を用いて個々のバッテリーセルの充電状態を持続的に監視し、他方で個々のバッテリーセルの充電状態が異なる場合にそれらを平均化する、しばしばバッテリ管理システムとも呼ばれる装置とそれぞれ接続されている。その場合、バランシングとも呼ばれる、バッテリーセルの充電状態の平均化は受動的又は能動的なバランシングにより行なうことができる。更に、既知のバッテリ管理システムでは、充電平均化は、バッテリーセルの中の少なくとも一つが満充電された時に漸く開始し、その結果、一つのセルブロックの充電プロセス全体が比較的時間的な負担がかかる。
【０００４】
受動的なバランシングでは、充電終了電圧を最初に達成したバッテリーセルにおいて、過剰なエネルギーが抵抗を介して熱に変換され、そのため、充電プロセスの間に失われる。
【０００５】
それに対して、能動的なバランシングでは、セル電圧が高過ぎるバッテリーセルから取り出されたエネルギーは、熱エネルギーに変換されずに、エネルギー貯蔵器の別のバッテリーセルを充電するために用いられる。しかし、能動的なバランシングにおいても、充電平均化は、セルブロックのバッテリーセルの中の少なくとも一つがそのバッテリーセルの充電終了電圧を達成した時に漸く開始する。
【０００６】
特許文献１から、互いに直列に接続された複数のバッテリーセルから成るセルブロックを備えたエネルギー貯蔵器を充電する方法が周知であり、そこでは、全てのバッテリーセルを通って流れるシリアル充電電流によりバッテリーセルの充電を実施して、選択されたバッテリーセルを追加の選択的充電プロセスにより規定通り過充電することが提案されている。それに続いて、選択されたバッテリーセルの充電状態のそれ以外のバッテリーセルの充電状態への適合が行なわれる。選択されたバッテリーセルの選択的充電のために、有利には、セルブロックが使用される。そのような個々のバッテリーセルの過充電は、確かに鉛電池又はニッケルカドミウム電池では可能であるが、それに対して、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池及び／又はリン酸鉄リチウム電池では不可能であり、それらは直ぐに壊れてしまう。
【０００７】
特許文献２により、互いに直列に接続された複数のバッテリーセルを備えたエネルギー貯蔵器の充電方法が周知であり、そこでは、個々のバッテリーセルが、交流電圧網と接続された相応の補助充電コントローラによって別個に充電され、その次に、個々のバッテリーセルの間の充電平均化が、その補助充電コントローラを用いて実施される。
【０００８】
最後に、特許文献３により、互いに直列に接続された複数のバッテリーセルを備えたエネルギー貯蔵器の充電方法が周知であり、そこでは、充電プロセスを加速するために、全てのバッテリーセルを通って流れるシリアル充電電流に追加して、補助充電電流が、それぞれ所定の充電状態を下回ったことが測定されたバッテリーセルに対して供給される。その方法では、選択されたバッテリーセルの選択的充電のために、有利には、別個の直流電源が使用される。
【０００９】
これらの前記の周知の方法では、当該のバッテリーセルのその時々の充電状態を決定するために、その時々のバッテリーセル電圧が測定されて、次に、所与のバッテリーセル電圧値を上回るか、或いは下回った場合に、場合によっては、充電状態が異なるバッテリーセル間の充電平均化が開始される。しかし、その場合、バッテリーセルのその時々の充電プロセスの間、セル電圧が極めて一定のままであり、その結果、セル電圧から、当該のバッテリーセルのその時点の充電状態を推定することが難しいとの問題が発生する。その時々の充電最終電圧又は放電最終電圧に到達する直前でしか、充電平均化のための相応の制御プロセスに用いることができる、その時々のバッテリーセル電圧の比較的大きな下降又は低下が生じない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許登録第１９４１５９４号明細書
【特許文献２】ドイツ特許公開第１０２０１００１７４３９号明細書
【特許文献３】ドイツ特許公開第１０２０１２０２０５４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、詳しくは、特にセルブロックの個々のバッテリーセルが異なる容量を有する場合でも、周知の方法と比べて、エネルギー貯蔵器のより確実で、より速い充電及び放電を可能にする、エネルギー貯蔵器を充電及び放電する方法を提供することである。更に、各バッテリーセルの充電プロセス及び放電プロセスの各時点において、その時々の充電状態及び放電状態を提示することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明において、本課題は、エネルギー貯蔵器の充電に関しては、請求項１の特徴によって解決され、エネルギー貯蔵器の放電に関しては、請求項２の特徴によって解決される。従属請求項は、本発明の更なる特に有利な実施形態を開示する。
【００１３】
個々のバッテリーセルの充電がセル電圧の測定によって管理され、そして、バッテリーセルの中の少なくとも一つが満充電された場合に漸く、測定されたセル電圧に基づき、個々のバッテリーセルの間の充電平均化が実施される周知の方法と異なり、本発明は、規則的な時間間隔で、一つのセルブロックのＮ個のバッテリーセルの容量ＣＮを測定して、各バッテリーセルに関して、測定された容量と所与のＣ係数（最大充電電流ＩＮ；ｍａｘを容量ＣＮで割った商）とに基づき、そのバッテリーセルの充電電流を決定することを提案する。そして、Ｃ係数により与えられる充電時間ｔ（ｔ≦１／Ｃ）の間に、これらの充電電流によって、Ｎ個のバッテリーセルを同時に充電する。この場合、最大充電電流がシリアル充電電流Ｉｏと一致するバッテリーセルは、シリアル充電電流だけで充電され、最大充電電流ＩＮ；ｍａｘがシリアル充電電流よりも大きいバッテリーセルは、シリアル充電電流により充電されると同時に、補助充放電機器を介してセルブロックから取り出すことが可能な補助充電電流ＩＮにより充電され、これに関して、ＩＮ＝ＩＮ；ｍａｘ−Ｉｏが成り立ち、最大充電電流ＩＮ；ｍａｘがシリアル充電電流Ｉｏよりも小さいバッテリーセルは、シリアル充電電流により充電されると同時に、最大充電電流ＩＮ；ｍａｘを上回る電流Ｉｏ−ＩＮ；ｍａｘが、補助充放電機器から補助放電電流としてセルブロックに供給される。
【００１４】
例えば、エネルギー源の利用可能な電圧が低いために、計算された最大充電電流（ＩＮ；ｍａｘ）の全てが利用可能なシリアル充電電流（Ｉｏ）よりも大きい場合、互いの比率が計算された最大充電電流（ＩＮ；ｍａｘ）と同じである値の充電電流によって、全てのバッテリーセルの同時充電が行なわれる。
【００１５】
エネルギー貯蔵器の放電に関して、前述したことが相応に言える。電流の方向だけが逆になる、即ち、この場合、充電電流が放電電流になり、補助充電電流が補助放電電流になり、補助放電電流が補助充電電流になる。
【００１６】
本発明による方法を用いた場合、全てのバッテリーセルが、充電又は放電時に、それぞれその時々の有効容量に関して同じ充電状態となる。そのため、各時点において、セルブロックの最大限に充電された、或いは放電された状態に関して、そのセルブロックの各バッテリーセルのその時々の充電状態を提示することが可能である。
【００１７】
本方法では、最大充電時間及び最大放電時間は、関係式ｔｍａｘ＝１／Ｃから得られ、全てのバッテリーセルに関して同じであるとともに、周知の方法よる最大充電時間及び最大放電時間よりも明らかに短くすることが可能である。この充電時間及び放電時間を順守すれば、個々のバッテリーセルの過充電及び充電不足は起こらない。
【００１８】
全てのバッテリーセルが、それぞれのその時々の容量に関係なく、最大充電時間後には、それぞれのその時々の有効容量に関して同じ充電状態となるので、追加の能動的又は受動的なバランシングを省くことができる。
【００１９】
本発明の第一の有利な実施例では、最も小さな容量を有するバッテリーセルがその最大充電電流により充電され、それ以外のバッテリーセルが、それぞれシリアル充電電流に追加して、各バッテリーセルの容量と最も小さな容量を有するバッテリーセルの容量の間の差から得れれる最大補助充電電流により充電されるように、シリアル充電電流を選定すると規定される。
【００２０】
第二の実施例では、シリアル充電電流が全てのバッテリーセルから算出された平均的な容量の最大充電電流と一致するように、シリアル充電電流を選定すると規定される。そして、充電プロセスの間に、この平均的な容量よりも小さな容量を有するバッテリーセルでは、シリアル充電電流の一部が、そのバッテリーセルに割り当てられた補助充放電機器を介して再びセルブロックに供給される。それに対して、この平均的な容量よりも大きな容量を有するバッテリーセルは、シリアル充電電流と補助充電電流によって同時に充電される。
【００２１】
第三の実施例では、最も大きな容量を有するバッテリーセルが、その（それらの）最大充電電流により充電されるように、シリアル充電電流を選定すると規定される。この場合、それ以外のバッテリーセルは、シリアル充電電流により部分的にしか充電されず、シリアル充電電流のそれぞれ過剰となった電流成分は、そのバッテリーセルに割り当てられた補助充放電機器を介して再びセルブロックに供給される。
【００２２】
エネルギー貯蔵器の放電では、前述した三つの実施例に関して、又もや電流の方向だけが変わる、即ち、充電電流が放電電流になり、補助充電電流が補助放電電流になり、補助放電電流が補助充電電流になると規定される。
【００２３】
バッテリ容量を決定するために、エネルギー貯蔵器の規定通りの充電及び放電が時間的な負担のかかる中断無しに行われるように、これらの容量測定は、有利には、直列接続されたバッテリーセルにおいて、所定の時間間隔で自動的に実施される。
【００２４】
そのために、第一の有利な実施例では、バッテリーセルは、先ずは、それらの充電終了電圧に送達するまでシリアル充電電流により充電され、その際、最初に充電終了電圧に到達したバッテリーセルの過充電が、過剰となった電流成分をそのバッテリーセルに割り当てられた補助充放電機器を介して再びセルブロックに供給することによって防止される。そして、次に、バッテリーセルは、最も大きな容量を有するバッテリーセルの放電最終電圧に到達するまでの時間の間、所定のシリアル充電電流によって充電される。最も大きな容量を有するバッテリーセルよりも前に放電最終電圧に到達するバッテリーセルの充電不足を防止するために、そのバッテリーセルは、その放電最終電圧への到達後に、そのバッテリーセルに割り当てられた補助充放電機器を介してセルブロックから電流を供給される。
【００２５】
そして、バッテリーセルの充電された状態と各バッテリーセルの放電最終電圧への到達との間の放電電流の時間的な推移から、当該のバッテリーセルの容量（容量ＣＮ＝放電電流Ｉｏ’×放電時間ｔ）が得られ、この容量は、次に、セルブロックの更なる最適な充電プロセス及び放電プロセスのために用いられる。
【００２６】
当然のことながら、容量を算出するために、充電プロセスの時間的な推移を用いるか、或いはバッテリの放電時と充電時に算出された容量値の間の平均値を用いることもできる。
【００２７】
第二の有利な実施例では、直列接続のバッテリーセルにおいて、セルブロック全体の充電終了電圧が通常個々のバッテリーセルの充電終了電圧の合計よりも小さいことを考慮する。
【００２８】
従って、容量を測定する場合、先ずは、セルブロックがその充電終了電圧にまで充電され、その次に、個々のバッテリーセルの各々がそれに対応する補助充放電機器を用いて、そのバッテリーセルの充電終了電圧に到達するまで更に充電される。
【００２９】
そして、バッテリーセルの充電された状態と各バッテリーセルの放電最終電圧への到達との間の放電電流の時間的な推移から、又もや当該のバッテリーセルの容量が得られる。この場合、先ずは、セルブロック全体が、直列放電電流によって８０％の放電深度（ＤｏＤ）にまで放電される（即ち、セルブロックは、依然として２０％の残容量を有する）。その次に、又もや個々のバッテリーセルの各々が、それに割り当てられた補助充放電機器を介して、各放電最終電圧にまで放電される。
【００３０】
この場合でも、バッテリーセルの容量を測定するために、その時々の充電プロセスの時間的な推移を用いるか、或いはバッテリーセルの充電時と放電時に算出された容量値の間の平均値を用いることができる。
【００３１】
本発明の更なる詳細及び利点は、以下におけるブロック接続図に基づき説明する実施例から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるエネルギー貯蔵器を充電及び放電する装置のブロック接続図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図面には、例えば、建物の電源供給網にエネルギーを供給する役割を果たすとともに、再生エネルギーを発生する設備（太陽電池設備、風力発電設備、バイオガス設備等）によって、例えば、両方向ＡＣ／ＤＣ変換機１００を介して充電及び放電することができる、符号２で表示されたエネルギー貯蔵器を充電及び放電する装置が符号１で図示されている。
【００３４】
図示された実施例では、エネルギー貯蔵器２は、互いに直列に接続された再充電可能な五個のバッテリーセル３〜７を備えたセルブロック２０を有し、制御可能な主充放電機器８によって充電及び放電することが可能である。
【００３５】
更に、各バッテリーセル３〜７は、それに割り当てられた制御可能な補助充放電機器９〜１３を介してセルブロック２０と接続されている。これらの補助充放電機器９〜１３は、有利には、制御可能な両方向ＤＣ／ＤＣ変換機である。
【００３６】
個々のバッテリーセル３〜７の充電状態及び放電状態を管理するために、そのバッテリーセルに対応するデータ配線１５を介して、補助充放電機器９〜１３とも、主充放電機器８とも接続された管理・制御機器１４が配備されている。
【００３７】
以下において、本発明による装置１のエネルギー貯蔵器２の充電プロセスを詳しく説明する。
【００３８】
先ずは、個々のバッテリーセル３〜７の容量ＣＮを測定して、管理・制御機器１４のメモリに保存する（例えば、バッテリーセル３，５及び６の容量Ｃ３，Ｃ５，Ｃ６が約２Ａｈであり、バッテリーセル４の容量Ｃ４が約２．５Ａｈであり、バッテリーセル７の容量Ｃ７が約３Ａｈである）。
【００３９】
そして、次に、個々のバッテリーセル３〜７が、その後、例えば、１Ｃ（Ｃ係数は、最大充電電流ＩＮ；ｍａｘを容量ＣＮで割った商である）の充電電流により充電される場合、管理・制御機器１４が個々のバッテリーセル３〜７に関する最大充電電流ＩＮ；ｍａｘ（上記の容量の場合、これらの電流は、ＩＮ；ｍａｘ＝Ｃ×ＣＮにより、バッテリーセル３，５及び６では２Ａであり、バッテリーセル４及び７では、それぞれ２．５Ａ及び３Ａが得られる）を計算して、これらの値を同様に相応のメモリに保存する。
【００４０】
ここで、図示されていない管理機器が、例えば、再生エネルギーを発生する設備のエネルギーが電源供給網から要求されたエネルギーよりも大きいことを検出すると、過剰なエネルギーの少なくとも一部が、ＡＣ／ＤＣ変換機１００を介して、本発明による装置１の主充放電機器８に届けられる。本装置１は、それに基づき所定の強さのシリアル充電電流Ｉｏを発生する。
【００４１】
ここで、全てのバッテリーセル３〜７をそれらに割り当てられた最大充電電流ＩＮ；ｍａｘにより同時に充電するために、管理・制御機器１４は、選定されたシリアル充電電流Ｉｏに基づき、最大充電電流ＩＮ；ｍａｘがシリアル充電電流Ｉｏと一致するバッテリーセル３〜７をシリアル充電電流Ｉｏだけで充電させる役割を果たす。それに対して、最大充電電流ＩＮ；ｍａｘがシリアル充電電流Ｉｏよりも大きいバッテリーセル３〜７は、シリアル充電電流Ｉｏとによって充電されると同時に、そのバッテリーセルに対応する補助充放電機器９〜１３を用いてセルブロック２０から取り出すことが可能な補助充電電流ＩＮによって充電され、これに関して、ＩＮ＝ＩＮ；ｍａｘ−Ｉｏが成り立つ。最後に、最大充電電流ＩＮ；ｍａｘがシリアル充電電流Ｉｏよりも小さいバッテリーセル３〜７は第一の充電電流Ｉｏにより充電されると同時に、最大充電電流ＩＮ；ｍａｘを上回る電流Ｉｏ−ＩＮ；ｍａｘは、放電電流としてセルブロック２０に供給される。
【００４２】
即ち、例えば、最も大きな容量（上記の例では、それぞれ２Ａｈ）を有するバッテリーセル３，５，６がそれらの最大充電電流（Ｉｍａｘ＝２Ａ）により充電されるように、シリアル充電電流Ｉｏが選定された（即ち、Ｉｏが２Ａである）場合、それ以外のバッテリーセル４及び７は、シリアル充電電流Ｉｏに追加して、各バッテリーセル４，７の容量と最も小さな容量を有するバッテリーセル（この場合、バッテリーセル３，５及び６）の容量との差から得られる、それらのバッテリーセルに割り当てられた補助充放電機器１０及び１３からの（０．５Ａ又は１Ａの）最大補助充電電流によってそれぞれ充電される。
【００４３】
バッテリーセル３〜７の充電最終電圧を監視することによって、管理・制御機器１４は、バッテリーセル３〜７をその最大充電電流により充電できる充電時間（前記の例では、ｔｍａｘ＝１／Ｃ＝６０分）を監視して、各バッテリーセルの過充電が起きないようにする。
【００４４】
例えば、エネルギー源の利用可能な電圧が低いために、計算された最大充電電流（ＩＮ；ｍａｘ）の全てが利用可能なシリアル充電電流（Ｉｏ）よりも大きい場合、互いの比率が計算された最大充電電流（ＩＮ；ｍａｘ）と同じである値の充電電流による全てのバッテリーセルの同時充電が行なわれる。即ち、前述した例において、シリアル充電電流Ｉｏがたった１Ａである場合、バッテリーセル３，５及び６は１Ａで充電され、バッテリーセル４は１．２５Ａで充電され、バッテリーセル７は１．５Ａで充電される。
【００４５】
直列に接続されたバッテリーセル３〜７において、バッテリーセル３〜７の容量を所与の時間間隔で（例えば、それぞれ１００充放電サイクル後に）自動的に算出するために、先ずは、セルブロック２０がその充電終了電圧にまで充電され、次に、個々のバッテリーセル３〜７の各々が、それに割り当てられた補助充放電機器９〜１３を用いて、それぞれの充電最終電圧にまで更に充電される。
【００４６】
そして、全てのバッテリーセル３〜７の充電後に、本装置１を用いて、バッテリーセル３〜７の規定通りの放電が行なわれる。この場合、先ずは、セルブロック２０全体が、主充放電機器８から与えられるシリアル放電電流Ｉｏ’により、８０％の放電深度（ＤｏＤ）にまで放電される。その次に、個々のバッテリ３〜７の各々が、それに割り当てられた補助充放電機器９〜１３を介して、それぞれの放電最終電圧にまで放電される。
【００４７】
そして、全てのバッテリーセル３〜７の放電開始と各バッテリーセルの放電最終電圧への到達との間に測定されたシリアル放電電流Ｉｏ’の推移から、当該のバッテリーセルの容量ＣＮを算出することができる。
【００４８】
しかし、バッテリーセルの容量を測定するために、各充電プロセスの時間的な推移を用いるか、或いはバッテリーセルの充電時と放電時に算出された容量値の間の平均値を使用することもできる。
【００４９】
当然のことながら、本発明は、ここで述べた実施例に限定されない。
【００５０】
そのため、例えば、先ずは、主充放電機器８が発生するシリアル充電電流Ｉｏを用いて、全てのバッテリーセル３〜７をそれらの充電終了電圧に到達するまで充電することによって、バッテリーセル３〜７の容量の算出を行なうこともできる。この場合、最大容量を有するバッテリーセル（前記の例では、バッテリーセル７）よりも低い充電最終電圧を有するバッテリーセルの過充電を防止するために、過剰となった電流が、それぞれバッテリーセルに割り当てられた補助充放電機器９〜１３を介してセルブロック２０に供給される。
【００５１】
そして、全てのバッテリーセル３〜７の充電後に、本装置１を用いて、バッテリーセル３〜７の規定通りの放電が行なわれる。そのために、主充放電機器８により与えられるシリアル放電電流Ｉｏ’によるバッテリーセル３〜７の放電が行なわれる、詳しくは、最も大きな容量を有するバッテリーセルの放電最終電圧に到達するまでの時間の間行われる。最も大きな容量を有するバッテリーセルよりも前に放電最終電圧に到達するバッテリーセルが充電不足となることを防止するために、そのバッテリーセルは、その放電最終電圧に到達した後、そのバッテリーセルに割り当てられた補助充放電機器を用いて、セルブロック２０から補助充電電流を供給される。
【００５２】
そして、全てのバッテリーセル３〜７の放電開始と各バッテリーセルの放電最終電圧への到達との間に測定されたシリアル放電電流Ｉｏ’の推移から、当該のバッテリーセルの容量ＣＮを算出することができる。
【００５３】
更に、一つの充放電サイクルにおいて全てのバッテリーセルの容量を算出する必要はない。むしろ、複数の充放電サイクルにおいてバッテリーセルの容量を順番に決定することも有利であるとすることができる。
【００５４】
更に、当然のことながら、シリアル充電電流又はシリアル放電電流は、必ずしもその電流が最も小さな容量を有するバッテリーセルの最大充電電流又は最大放電電流と一致するように選定する必要はない。むしろ、例えば、平均的な容量を有するバッテリーセル又は最も大きな容量を有するバッテリーセルの最大充電電流又は最大放電電流と一致するなどのように、シリアル充電電流又はシリアル放電電流を選定することもできる。
【００５５】
最後に、エネルギー貯蔵器は、直列のバッテリ貯蔵器を含む複数のセルブロックから構成することもできる。
【符号の説明】
【００５６】
１        本装置
２        エネルギー貯蔵器
２０      セルブロック
３〜７    バッテリーセル，セル
８        主充放電機器
９〜１３  補助充放電機器
１４        管理・制御機器
１５        データ配線
Ｉｏ        シリアル充電電流
Ｉｏ’      シリアル放電電流
【図１】
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【国際調査報告】
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