(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力車のバッテリから取り出すことができるエネルギーの量を評価するための方法であって、
初期の時点（ｔ０）に対応する温度パラメータの初期値（Ｔｂａｔ（ｔ０））およびバッテリの充電状態パラメータの初期値（ＢＳＯＣ（ｔ０））を受信するステップ（３０）と、
前記初期の時点（ｔ０）から放電終了の時点（ｔｆ）までの平均の温度パラメータの値
0006630571.tif 000015
を、前記受信した温度パラメータの初期値および前記受信した充電状態パラメータの初期値の関数として推定するステップ（３１、３２、３３、３４、３５）と、
前記バッテリから取り出すことができるエネルギーの量の推定値を、前記平均の温度パラメータの値および前記バッテリの充電状態パラメータの初期値の関数として割り出すステップ（３６、３８）と
を含む方法。
【請求項２】
メモリに保持されたバッテリの放電電流を表すパラメータ
0006630571.tif 000016
の値を読み出すステップ（３１）を含んでおり、
前記値は、前記車両の少なくとも１つの以前の行程において測定された電流放電値の関数として生成されるものであり、
前記バッテリの放電電流を表すパラメータは、少なくとも１つの前記放電終了の時点を決定するために用いられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
放電時の前記バッテリの時間の関数としての前記温度パラメータの傾向（Ｔｂａｔ（ｔ））を、前記受信した初期のバッテリの温度パラメータの値の関数としてモデル化するステップ（３２）と、
少なくとも時間の関数としての前記温度パラメータの傾向のモデル化から、放電終了の時点を割り出すことからなるステップ（３４）を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記バッテリの温度パラメータの傾向は、以下の式に従ってモデル化され、
0006630571.tif 000017
ここで
ｔは、時間を表し、
ｔ０は、初期の時点を表し、
ＴＢＡＴ（ｔ）は、前記モデル化されたバッテリの温度を表し、
ＴＢＡＴ（ｔ０）は、前記受信した初期の温度値を表し、
Θは、前記受信した初期の温度値の関数として決定される定数であり、
τは、定数である、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
放電終了時に前記バッテリの充電状態がゼロであるという第１の仮定にもとづいて第１の放電終了の時点を計算するステップと、
放電終了時に前記バッテリが到達しうる最低の充電状態が温度に線形に依存するという第２の仮定から出発して第２の放電終了の時点を計算するステップと、
前記第１および第２の放電終了の時点から、初期の時点（ｔ０）に最も近い時点である最低の放電終了の時点を、前記平均の温度パラメータの値を推定するための前記放電終了の時点として選択するステップと、
を含む請求項３に記載の方法。
【請求項６】
時間の関数としての前記バッテリの充電状態パラメータの傾向（ＢＳＯＣ（ｔ））をモデル化するステップ（３３）を含み、
前記バッテリの充電状態パラメータの傾向（ＢＳＯＣ（ｔ））は、少なくとも１つの前記放電終了の時点を決定するために用いられる、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
動力車（１）のバッテリ（２）から取り出すことができるエネルギーの量を評価するための装置（５）であって、
初期の時点に対応する温度パラメータの初期値およびバッテリの充電状態パラメータの初期値を受信することができる受信手段と、
前記初期の時点（ｔ０）から放電終了の時点（ｔｆ）までの平均の温度パラメータの値
0006630571.tif 000018
を、前記温度パラメータおよび充電状態パラメータの前記受信される値の関数として推定するように構成され、前記バッテリから取り出すことができるエネルギーの量の推定値を、前記平均の温度パラメータの値および前記バッテリの充電状態パラメータの初期値の関数として割り出すように構成された処理手段と、
を備える装置。
【請求項８】
バッテリ（２）と、該バッテリから取り出すことができるエネルギーの量を評価するための請求項７に記載の装置とを備える動力車（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力車のバッテリの監視に関し、特に動力車（とりわけ、電動車両またはハイブリッド車両）のバッテリにおける利用可能なエネルギーの評価に関する。
【背景技術】
【０００２】
所与の充電状態（ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）、すなわちＳＯＣにおいて、バッテリから取り出すことができるエネルギーは、電子の移動に関連したジュール効果による損失が温度に強く依存するがゆえに、温度の関数である。実際に、バッテリの温度が低いほど、バッテリの内部抵抗は高くなる。同一の電流レベルにおいて、平均電圧が、放電を通じて低下する可能性がある。
【０００３】
動力車に、とりわけ利用可能なエネルギーを特に外部温度の関数として評価することを可能にするバッテリ管理システム、すなわちＢＭＳを備えることが、既知の実務である。
【０００４】
すなわち、米国特許第６  １６０  ３８０号明細書が、バッテリの残量を評価するための方法であって、外部温度の影響を考慮するために、温度の関数である補正係数が適用される方法を記載している。
【０００５】
図１が、種々の温度値について、バッテリの充電状態（ＢＳＯＣ）の関数として、利用可能なエネルギーを示すグラフである。各々の曲線ＡＥＴ＝Ｔｉが、−２０℃〜＋２０℃の間の温度Ｔｉに対応している。所与の充電状態および温度について、利用可能なエネルギーの値を読み取り、残りパワーの値（顧客が燃料がつきるまでに走行できる距離）へと変換し、この値をユーザへと知らせるために表示することができる。換言すると、運転中に、グラフ上での動きは、矢印Ｆ１に対応する種類の移動を辿ると仮定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６  １６０  ３８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、表示される走行可能距離の値が信頼できない場合、顧客が不満を抱える恐れがある。利用可能なエネルギーが過小に見積もられると、顧客が自身の車両の利用を不適当にも控える恐れがある。他方で、利用可能なエネルギーが過大に見積もられると、顧客が行程の最中に燃料を使い果たしてしまう恐れがある。したがって、利用可能なエネルギーを評価するための方法であって、顧客の満足度を改善することができる方法について、ニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
動力車のバッテリから取り出すことができるエネルギーの量を評価するための方法であって、
初期の時点に対応する温度パラメータの初期値およびバッテリの充電状態パラメータの初期値を受信するステップと、
少なくとも１つの将来の時点に対応する、前記温度パラメータの少なくとも１つの後の値を、前記受信した温度パラメータの初期値および前記受信した充電状態パラメータの初期値の関数として推定するステップと、
バッテリから取り出すことができるエネルギーの量の推定値を、前記温度パラメータの前記少なくとも１つの後の値および前記バッテリの充電状態パラメータの初期値の関数として割り出すステップと、
を含む方法が提案される。
【０００９】
適切に割り出された取り出し可能なエネルギーの値の関数として生成される信号を、ユーザインターフェイスへと送信することができる。
【００１０】
このように、利用可能なエネルギーの評価が、バッテリの後の温度の予測を含む。換言すると、車両の走行時にバッテリパックの温度が一定のままであると考えるよりもむしろ、車両の使用に関連した再加熱が考慮される。これは、利用可能なエネルギーをより良好に評価し、動力車の残りパワーをより良好に推定することを可能にできる。実際に、図１のグラフに戻ると、走行時に、移動は、走行時のバッテリの温度上昇ゆえに、矢印Ｆ１の移動よりも矢印Ｆ２に相当する種類の移動に、より近くなることが観察されている。
【００１１】
したがって、顧客の満足度を改善できる可能性がきわめて高い。
【００１２】
特に、上述の先行技術において、外部温度が比較的低い場合に、自身の車両をバッテリがほとんど充電されていない状態でしばらく駐車したユーザに対し、実際にはバッテリが空ではないのに、きわめて少ない残りパワーの値（場合によってはゼロさえも）が示される恐れがある。
【００１３】
さらに、従来技術においては、バッテリのこの温度上昇が考慮に入れられない時点から、バッテリにおいて利用することができるエネルギーの推定についての誤差が、外部温度が比較的低いか、あるいは比較的高いかに応じて変化しうる。
【００１４】
上述の方法は、上述のようにバッテリの温度上昇を考慮に入れることによって、これらの残りパワーの評価の誤差を抑えることを可能にできる。
【００１５】
温度パラメータは、温度、温度に比例するパラメータ、または他のパラメータであってよい。
【００１６】
後の温度値は、特定の運転時間に対応する値、予想される走行時間にわたる平均の温度値、または他の値であってよい。
【００１７】
初期の時点は、行程の開始の時点であってよく、将来の時点は、想定される行程の最中の１つ以上の時点であってよい。
【００１８】
充電状態パラメータは、ＳＯＣ、ＳＯＣの割り出しを可能にするパラメータ、または他のパラメータであってよい。
【００１９】
取り出すことができるエネルギーの量の推定値は、取り出し可能なエネルギーの値、取り出し可能なエネルギーの割り出しを可能にするパラメータの値、または他の値であってよい。
【００２０】
本発明は、決して、後の温度値の割り出しのやり方によって限定されるものではない。例えば、初期の温度値および充電状態の関数としてマッピングからただ１つの温度値を読み出すことができる。
【００２１】
好都合には、このやり方に限られるわけではないが、１つ以上の以前の行程の最中に測定された値の関数として生成され、例えば以前の行程の最中に測定された電流放電の値の関数として生成されてメモリに保持された放電電流を表すパラメータの値を、このメモリから読み出すことができる。
【００２２】
換言すると、バッテリの以前の放電段階において、このパラメータ値が学習される。これは、後の温度値の推定の目的において、走行の種類または予想される行程の種類によりよく一致する放電電流を表すパラメータ値の使用を可能にできる。
【００２３】
放電電流を表すパラメータは、例えば、電流値、電流平方値、電流値に比例する値を有するパラメータ、または他のパラメータであってよい。本発明は、決してこのパラメータの正確な性質に限定されない。
【００２４】
例えば、一実施形態においては、平均温度値を外部温度の値、初期の充電状態、および予想される放電電流の平方値の平均レベルに関連づけることを可能にするマッピングを用意することができる。
【００２５】
好都合には、これに限られるわけではないが、時間の関数としての放電時のバッテリの温度の傾向をモデル化することができる。このモデル化は、とりわけ受信したバッテリの初期の温度の値および／または放電終了時の推定による温度値の関数であってよい。
【００２６】
好都合には、これに限られるわけではないが、時間の関数としてのバッテリの充電状態の傾向をモデル化することができる。
【００２７】
好都合には、これに限られるわけではないが、少なくとも時間の関数としての温度の傾向のモデル化と、おそらくは時間の関数としてのバッテリ充電状態の傾向のモデル化とから、放電終了の時点を割り出すことができる。
【００２８】
好都合には、これに限られるわけではないが、放電開始の時点から正当に割り出された放電終了の時点までの平均の温度値を推定することができる。
【００２９】
本発明は、決してただ１つの後の温度値の推定に限定されない。複数の後の温度値を割り出し、この複数の値の関数として取り出すことができるエネルギーを計算することができる。
【００３０】
それでもなお、ただ１つの後の温度値の使用は、取り出すことができるエネルギーの値を明らかにするためにマッピングを使用することを可能にできる。
【００３１】
このマッピングは、例えば、取り出すことができるエネルギーの値を、初期のバッテリ充電状態の値および推定による平均温度値に関連づけることを可能にできる。
【００３２】
好都合には、これに限られるわけではないが、健康状態（例えば、バッテリのＳＯＨパラメータの値）を推定し、得られた取り出すことができるエネルギーの値を、推定された健康状態の値の関数として補正することができる。
【００３３】
好都合には、これに限られるわけではないが、放電終了の時点を、放電終了時にバッテリの充電状態がゼロであるという原理から出発して割り出すことができる。したがって、時間の関数としてのバッテリの充電状態の傾向のモデル化が、それ自身で、放電終了の時点の割り出しを可能にできる。
【００３４】
好都合には、これに限られるわけではないが、バッテリが到達しうる最低の充電状態が温度に線形に依存するという仮定から出発することができる。その場合、放電終了の時点の推定は、時間の関数としてのバッテリの充電状態の傾向のモデル化および時間の関数としての温度の傾向のモデル化の両方を含む。
【００３５】
好都合には、これに限られるわけではないが、放電終了時にバッテリの充電状態がゼロであるという第１の仮定にもとづいて第１の放電終了の時点が計算され、バッテリが到達しうる最低の充電状態が温度に線形に依存するという第２の仮定から出発して第２の放電終了の時点が計算され、次いで前記第１および第２の放電終了の時点から、最低の放電終了の時点が選択される。
【００３６】
さらに、動力車のバッテリから取り出すことができるエネルギーの量を評価するための装置であって、温度パラメータの初期値およびバッテリの充電状態パラメータの初期値を受信することができる受信手段と、少なくとも１つの将来の時点における温度パラメータの少なくとも１つの後の値を、前記受信した温度および充電状態パラメータの値の関数として推定し、バッテリから取り出すことができるエネルギーの量の推定値を、温度パラメータの前記少なくとも１つの後の値およびバッテリの充電状態パラメータの初期値の関数として割り出すように構成された処理手段とを備える装置も提案される。装置は、適切に割り出された取り出し可能なエネルギーの値の関数として生成される信号をユーザインターフェイスへと送信するように構成された送信手段をさらに備えることができる。
【００３７】
さらに、このような装置を備える動力車のバッテリ管理システム（例えば、ＢＭＳ）なども提案される。
【００３８】
このシステムおよび／またはこの装置は、例えばマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサなどの１つ以上のプロセッサを備えることができ、あるいは１つ以上のプロセッサに組み込まれてよい。
【００３９】
受信手段は、入力ピンまたは入力ポートなどを備えることができる。処理手段は、例えばプロセッサコアまたはＣＰＵ（中央演算処理装置）を備えることができる。送信手段は、例えば出力ポートまたは出力ピンなどを備えることができる。
【００４０】
さらに、上述のとおりのバッテリ管理システムを備え、おそらくはバッテリも備える動力車も提案される。この車両は、例えば電動車両またはハイブリッド車両であってよい。
【００４１】
さらに、プロセッサによって実行されたときに上述の方法の各ステップを実行するためのインストラクションを含んでいるコンピュータプログラム製品も提案される。
【００４２】
本発明は、実施形態（ただし、これらに限られるわけではない）を示す図面を参照して、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】すでに説明したように、種々の温度値について、ｘ軸上にバッテリの充電状態を％として示し、それぞれの場合の利用可能なエネルギーをｙ軸上に示したグラフである。
【図２】本発明の一実施形態による車両の例を示している。
【図３】本発明の実施形態による例示的な方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図２を参照すると、動力車１（例えば、電動車両）が、この車両を動かすことができる走行用バッテリ２と、ＢＭＳと称されるバッテリ管理システム３と、例えば計器盤などのユーザインターフェイス４とを備えている。
【００４５】
ＢＭＳ  ３は、バッテリの２の充電および放電の制御を可能にし、ユーザインターフェイス４の画面（図示せず）におけるメッセージの表示の制御を可能にする。
【００４６】
ＢＭＳ  ３は、例えばプロセッサの一部など、バッテリ２において利用することができるエネルギーを評価するための装置５を備える。この装置５を、とりわけ、ユーザが車両の始動のためのスイッチを動かしたときに作動させることができ、行程の最中にも作動させることができる。
【００４７】
ＢＭＳ  ３を、温度センサ（図示せず）、ならびに例えばセル電圧測定用ＡＳＩＣおよびアンペア計（図示せず）などの電圧および電流測定装置に接続することができる。
【００４８】
図３を参照すると、本発明の一実施形態による方法は、温度センサからのバッテリの初期の温度値Ｔｂａｔ（ｔ０）と、バッテリの初期の充電状態の値ＢＳＯＣ（ｔ０）とを受信することからなるステップ３０を含むことができる。この充電状態の値は、例えば、バッテリの端子の電圧センサからの値であってよく、あるいはバッテリのセルの端子のいくつかのセンサからの値であってよい。
【００４９】
このステップ３０（より広くには、図３の方法）を、行程の開始時に、例えば運転者が車両のスイッチをオンにし、あるいは車両のドアを開いたときなど、行程の開始の現象の検出に続いて実行することができる。
【００５０】
好ましい実施形態によれば、この計算を、一定の間隔（例えば、毎秒）で実行することができる。
【００５１】
次いで、ステップ３１において、放電電流の平均平方値（ＩＢＡＴ）２が、メモリから読み取られる。
【００５２】
この値は、以前の行程において測定された値の関数として生成されている。例えば、バッテリの放電段階において、ＢＭＳは、放電電流の平方値の平均レベルを計算することができる。
【００５３】
第１の実施形態によれば、走行時に、ＢＭＳは、各々の時点において、車両の走行の最後の数キロメートルについての平均値（ＩＢＡＴ）２を計算することができる。
【００５４】
第２の実施形態によれば、ＢＭＳは、一次の低域通過フィルタによって比較的長い期間にわたって項（ＩＢＡＴ）２を測定することができる。
【００５５】
これらの値（ＩＢＡＴ）２を、ステップ３２において、時間の関数としての温度プロファイルをモデル化するために使用することができる。このステップにおいて、以下の式が適用され、
0006630571.tif 000002
ここで
ｍは、バッテリの重量（単位は、ｋｇ）を表し、
Ｃｐは、バッテリの熱容量（単位は、Ｊ／ｋｇ／Ｋ）を表し、
ＴＢＡＴは、バッテリの温度（単位は、℃）を表し、
Ｒは、バッテリの内部抵抗（単位は、Ω）を表し、
ＩＢＡＴは、バッテリを通る電流（単位は、Ａ）を表し、
εは、おそらくはバッテリに存在しうる再加熱システムが発生させる熱（単位は、Ｗ）を表し、
ｈは、バッテリと外部との間の対流係数（単位は、Ｗ／ｍ２／Ｋ）を表し、
Ｓは、外部交換表面積（単位は、ｍ２）を表し、
Ｔｅｘｔは、外部温度（単位は、℃）を表す。
【００５６】
この実施形態において、バッテリの内部抵抗Ｒは、この式において、この抵抗の初期値または近似の平均値のままであることが可能であるように充分に小さい変化しかしないと仮定される。
【００５７】
また、パラメータ（ＩＢＡＴ）２、ｈ、およびεも、一定であると考えられる。したがって、時点Ｔにおけるバッテリの温度の上昇を、以下の式によって表すことができ、
0006630571.tif 000003
ここで
0006630571.tif 000004
であり、
0006630571.tif 000005
は、初期の温度値の関数である。
0006630571.tif 000006
【００５８】
次いで、時間につれてのバッテリの充電状態の傾向を、ステップ３３においてモデル化することができる。より具体的には、放電電流が一定であるという仮定が保たれる場合、以下の式に従ってバッテリの充電状態の傾向を評価することができ、
0006630571.tif 000007
ここで
ＢＳＯＣは、バッテリのＳＯＣ（単位は、％）を表し、
Ｑｍａｘは、バッテリの総容量（単位は、Ａ．ｈ）を表し、
ｔ０は、放電の状態の時点を表す。
【００５９】
次いで、放電終了の時点の値ｔｒが、ステップ３４において推定される。
【００６０】
より具体的には、第１の放電終了の時点ｔｆ１が、放電の終わりにおいてバッテリの充電状態がゼロであるという第１の仮定から出発して計算される。換言すると、式（４）を使用することにより、
0006630571.tif 000008
となる。
【００６１】
次いで、第２の放電終了の時点ｔｆ２が、今回は、充電状態が温度に線形に依存するしきい値に達するときに顧客にとって利用可能なエネルギーがゼロであり、すなわちこの放電終了の時点における充電状態が温度に線形に依存するという仮定から出発することによって、
0006630571.tif 000009
に従って決定され、ここでＡおよびＢは定数である。
【００６２】
式２、４、および６を結合させることによって、
0006630571.tif 000010
が得られる。
【００６３】
第２の放電終了の時点ｔｆ２が、この式（７）から決定される。
【００６４】
次いで、これら２つの放電終了の時点ｔｆ１、ｔｆ２から、最低の値を有する放電終了の時点が選択される。
【００６５】
今や、時間の関数としてのバッテリの温度の傾向のモデル化および予想される放電終了の時点が明らかであるため、ステップ３５において、放電開始の時点ｔ０と放電終了の時点ｔｆとの間の平均温度値
0006630571.tif 000011
を計算することが可能である。より具体的には、積分を適用することができ、
0006630571.tif 000012
すなわち式（２）との結合により、
0006630571.tif 000013
である。
【００６６】
次いで、ステップ３０において受信された充電の値およびステップ３５において決定された平均温度値
0006630571.tif 000014
に関して取り出すことができるエネルギーの値が、ステップ３６においてマッピングから読み取られる。このマッピングは、例えば工場において新品のバッテリから生成されている。
【００６７】
バッテリの経年変化の影響を考慮するために、ステップ３７において、それ自身は当業者にとって既知の手段に従ってバッテリの健康状態ＳＯＨを割り出し、次いで抽出可能なエネルギーの値を、ステップ３６において割り出されたエネルギーの値およびステップ３７において割り出された健康状態の関数として補正することができる。例えば、ステップ３６において得られたエネルギーの値に、バッテリの劣化の状態についてのＳＯＨ係数を掛けることができる。
【００６８】
このように、バッテリの完全な放電について予測可能な温度上昇を考慮することによって、バッテリから取り出すことができるエネルギーを、従来技術と比べてより信頼できるやり方で推定することができる。
【００６９】
したがって、この方法は、とりわけ外部温度が比較的低い場合に、車両の残りパワーについて従来技術よりも悲観的でない推定を得ることができる。しかしながら、この方法は、バッテリの熱交換のモデルの先験的な知識を必要とする。したがって、工場においてこれらの熱交換を明らかにするための試験を行うことが好ましい。
【００７０】
さらに、上述の方法を、車両がバッテリ加熱装置を装備している場合にも実行することができる。その場合、時間の関数としてのバッテリの温度の傾向のモデル化は、この再加熱を考慮するように調整される。特に、再加熱に関するエネルギーの支出を割り出し、再加熱の場合に取り出すことができるエネルギーの増加を割り出し、増加が支出よりも大きい場合に限って再加熱を実行することができる。
【図１】
0006630571.tif 000019
【図２】
0006630571.tif 000020
【図３】
0006630571.tif 000021