(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーの固有の特性を評価するためのバッテリーテスターであって、該バッテリーテスターは：
ａ．電圧と電流を感知するための少なくとも１つのセンサーと；
ｂ．バッテリーからの電力を一時的に貯蔵するためのエネルギー貯蔵ユニットと；
ｃ．バッテリーとエネルギー貯蔵ユニットの間のエネルギー伝送を促進するための双方向電力変換装置と；
ｄ．双方向電力変換装置を制御するための制御装置と、を含み、該制御装置は：
ｉ．プロセッサーと、非一時的なコンピューター読み取り可能な記憶媒体と、および非一時的なコンピューター読み取り可能な記憶媒体に格納された命令と、を含み、これらはプロセッサーによって実行された時に、プロセッサーに少なくとも１つのバッテリーテスト方法を実行させ、少なくとも１つのバッテリーテスト方法は、双方向電力変換装置を使用して、バッテリーからエネルギー貯蔵ユニットまでエネルギーを伝送する工程と、および、エネルギー貯蔵ユニットからバッテリーまでエネルギーを伝送する工程と、を含み、
双方向電力変換装置は、放電中には降圧コンバータ、及び充電中には昇圧コンバータのように構成され且つ動作され、バッテリーに接続され、並びに、継電器、第１のＭＯＳＦＥＴ、および第２のＭＯＳＦＥＴを含んでおり、第２のＭＯＳＦＥＴはインダクターおよびスーパーキャパシタと並列であり、スーパーキャパシタはエネルギー貯蔵ユニットであり、
少なくとも１つのバッテリーテスト方法は、高電流パルス試験を行う工程を含み、高電流パルス試験は、短期間にバッテリーからエネルギー貯蔵ユニットまで高電流を引きこみ、エネルギー貯蔵ユニットからバッテリーまでエネルギーを返し、少なくとも１つのセンサーを使用して、電圧と電流の変化を測定する工程を含み、少なくとも１つのバッテリーテスト方法は更に、スイッチング励起テストを行うことをさらに含み、スイッチング励起テストは、固定された周波数で、バッテリーからエネルギー貯蔵ユニットまでエネルギーを伝送すること、および、エネルギー貯蔵ユニットからバッテリーまでエネルギーを伝送すること、および、少なくとも１つのセンサーを使用して電圧および電流を測定することを含み、前記バッテリーテスターは、バッテリーの電気的なモデルの正確性を高めるために、再帰的なアルゴリズムを使用することにより、バッテリーの固有の特性を決定することをさらに含み、再帰的なアルゴリズムは：
ａ．バッテリーの電圧および電流を表す粒子のセットを初期化することであって、各粒子は速度および位置を有することと；
ｂ．粒子のセットを複数の反復の間更新することであって、粒子のセットを更新することは、
ｉ．不正確関数を使用して各粒子の不正確な値を測定することであって、不正確関数は、実際のバッテリー電圧−電流特性と、推定された固有のパラメーターを備える電気的なモデルとの間の差を一定時間の間に測定し、最も不正確でない値を有する粒子は、粒子のセットにおいて最良の粒子と考えられ、および、最も不正確な値を有する粒子は、粒子のセットにおいて最悪の粒子と考えられることと；
ｉｉ．最良の粒子に摂動を生成し注入することにより、交換粒子を生成することと；
ｉｉｉ．不正確関数を使用して、交換粒子の不正確な値を評価することと；
ｉｖ．交換粒子の不正確な値が、最良の粒子よりも低い場合に、最良の粒子を粒子のセットにおける交換粒子と取り換えるか、または最悪の粒子を粒子のセットにおける交換粒子と取り換えることと；および、
ｖ．粒子のセット中の各粒子の速度および位置を更新することを含むことと；および
ｃ．粒子のセットに基づいて、バッテリーの電気的なモデルの充電状態、コールドクランキングアンペア、および、内部抵抗を決定することを含むことを特徴とする、バッテリーテスター。
【請求項２】
バッテリーの測定された特性は、バッテリー内部抵抗、コールドクランクキングアンペア（ＣＣＡ）および充電状態（ＳＯＣ）であり、バッテリー内部抵抗は
【数１】
0006738836.tif 000028
の値を求めることにより決定され、
【数２】
0006738836.tif 000029
は、高電流パルス試験において測定された電流の変化に対する電圧の変化であり、ＣＣＡは
【数３】
0006738836.tif 000030
の値を求めることにより決定され、ＶＴｅｒｍｉｎａｌは端子電圧であり、Ｖｃｕｔｏｆｆはカットオフ電圧であり、かつ、ｆ（ＶＴｅｒｍｉｎａｌ−Ｖｃｕｔｏｆｆ）ｔｅｍｐ−ｃｏｒｒｅｃｔは、端子電圧とカットオフ電圧の間の差の温度補正関数であり、ＳＯＣは、ＳＯＣ＝ｆ（ＶＴｅｒｍｉｎａｌ）ｔｅｍｐ−ｃｏｒｒｅｃｔの値を求めることにより決定され、ｆ（ＶＴｅｒｍｉｎａｌ）ｔｅｍｐ−ｃｏｒｒｅｃｔは、端子電圧の温度補正関数であることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーテスター。
【請求項３】
各粒子の不正確な値は、関数
【数４】
0006738836.tif 000031
の値を求めることにより決定され、εＴは、実際のバッテリー電圧−電流特性と、時間Ｔの間に推定された固有のパラメーターを備える電気的なモデルとの間の差の関数であり、Ｖｂ，ａｃｔ（ｔ）は、時間ｔで測定される実際のバッテリー電圧であり、ｉｂ，ａｃｔ（ｔ）は、時間ｔで測定される実際のバッテリー電流であり、Ｖｂ，ｍ［ｔ，Ｐ，ｉａｃｔ（ｔ）］は、実際のバッテリー電流ｉｂ，ａｃｔ（ｔ）下でパラメーターセットＰを備える電気的なモデルを使用して計算される、時間ｔでのバッテリー電圧であることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーテスター。
【請求項４】
時間ｔでの充電状態（ＳＯＣ）は
【数５】
0006738836.tif 000032
の値を求めることにより決定され、ＳＯＣ（０）は期間の初期の充電状態であり、Ｑ０はバッテリーの完全充電容量であり、時間ｉｂ（θ）は時間θでのバッテリー電流であることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーテスター。
【請求項５】
固有の特性についてバッテリーをテストする方法であって、該方法は：
制御装置、双方向電力変換装置、エネルギー貯蔵ユニットおよび少なくとも１つのセンサーを有する回路で：
ａ．バッテリーテスト方法を実行する工程であって、バッテリーテスト方法は：
ｉ．バッテリーの電圧および電流を記録する工程と；
ｉｉ．双方向電力変換装置を使用して、バッテリーからエネルギー貯蔵ユニットまでエネルギーを伝送するよう制御装置に指示する工程と；
ｉｉｉ．双方向電力変換装置を使用して、エネルギー貯蔵ユニットからバッテリーまでエネルギーを伝送するよう制御装置に指示する工程と；および、
ｉｖ．少なくとも１つのセンサーを使用して、回路の電圧および電流を測定する工程とを含む工程と；および、
ｂ．測定された回路の電圧および電流に基づいてバッテリーの固有の特性を測定する工程を含み、
双方向電力変換装置は、放電中には降圧コンバータ、及び充電中には昇圧コンバータのように構成され且つ動作され、バッテリーに接続され、並びに、継電器、第１のＭＯＳＦＥＴ、および第２のＭＯＳＦＥＴを含んでおり、第２のＭＯＳＦＥＴはインダクターおよびスーパーキャパシタと並列であり、スーパーキャパシタはエネルギー貯蔵ユニットであり、バッテリーテスト方法の選択は、高電流パルスをシミュレートするための第１のバッテリーテスト方法を含み、双方向電力変換装置を使用してバッテリーからエネルギー貯蔵ユニットまでエネルギーを伝送するように制御装置に指示する工程は、短時間に実行され、バッテリーテスト方法の選択は、スイッチング励起をシミュレートするための第２のバッテリーテスト方法を含み、バッテリーからエネルギー貯蔵ユニットまで、および、エネルギー貯蔵ユニットからバッテリーまで、エネルギーを伝送するように制御装置に指示する工程は、固定された周波数で実行され、バッテリーの固有の特性を決定する工程は、バッテリーの電気的なモデルの正確性を高めるために再帰的なアルゴリズムを使用することを含み、再帰的なアルゴリズムは：
ａ．バッテリーの電圧および電流を表す粒子のセットを初期化することであって、各粒子は速度および位置を有することと；
ｂ．粒子のセットを複数の反復の間更新することであって、粒子のセットを更新することは、
ｉ．不正確関数を使用して各粒子の不正確な値を測定することであって、不正確関数は、実際のバッテリー電圧−電流特性と、推定された固有のパラメーターを備える電気的なモデルとの間の差を一定時間の間に測定し、最も不正確でない値を有する粒子は、粒子のセットにおいて最良の粒子と考えられ、および、最も不正確な値を有する粒子は、粒子のセットにおいて最悪の粒子と考えられることと；
ｉｉ．最良の粒子に摂動を生成し注入することにより、交換粒子を生成することと；
ｉｉｉ．不正確関数を使用して、交換粒子の不正確な値を評価することと；
ｉｖ．交換粒子の不正確な値が、最良の粒子よりも低い場合に、最良の粒子を粒子のセットにおける交換粒子と取り換えるか、または最悪の粒子を粒子のセットにおける交換粒子と取り換えることと；および、
ｖ．粒子のセット中の各粒子の速度および位置を更新することを含むことと；および、
ｃ．粒子のセットに基づいて、バッテリーの電気的なモデルの充電状態、コールドクランキングアンペア、および、内部抵抗を決定することを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
固有の特性は、バッテリーの内部抵抗、コールドクランキングアンペア（ＣＣＡ）、および充電状態（ＳＯＣ）を含み、バッテリーの内部抵抗は
【数６】
0006738836.tif 000033
の値を求めることにより決定され、
【数７】
0006738836.tif 000034
は、高電流パルス試験において測定された電流の変化に対する電圧の変化であり、ＣＣＡは
【数８】
0006738836.tif 000035
の値を求めることにより決定され、ＶＴｅｒｍｉｎａｌは端子電圧であり、Ｖｃｕｔｏｆｆはカットオフ電圧であり、かつ、ｆ（ＶＴｅｒｍｉｎａｌ−Ｖｃｕｔｏｆｆ）ｔｅｍｐ−ｃｏｒｒｅｃｔは、端子電圧とカットオフ電圧の間の差の温度補正関数であり、ＳＯＣは、ＳＯＣ＝ｆ（ＶＴｅｒｍｉｎａｌ）ｔｅｍｐ−ｃｏｒｒｅｃｔの値を求めることにより決定され、ｆ（ＶＴｅｒｍｉｎａｌ）ｔｅｍｐ−ｃｏｒｒｅｃｔは、端子電圧の温度補正関数であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
各粒子の不正確な値を決定することは、関数
【数９】
0006738836.tif 000036
の値を求めることにより決定され、εＴは、実際のバッテリー電圧−電流特性と、時間Ｔの間に推定された固有のパラメーターを備える電気的なモデルとの間の差の関数であり、Ｖｂ，ａｃｔ（ｔ）は、時間ｔで測定される実際のバッテリー電圧であり、ｉｂ，ａｃｔ（ｔ）は、時間ｔで測定される実際のバッテリー電流であり、Ｖｂ，ｍ［ｔ，Ｐ，ｉａｃｔ（ｔ）］は、実際のバッテリー電流ｉｂ，ａｃｔ（ｔ）下でパラメーターセットＰを備える電気的なモデルを使用して計算される、時間ｔでのバッテリー電圧であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
時間ｔでの充電状態（ＳＯＣ）は
【数１０】
0006738836.tif 000037
の値を求めることにより決定され、ＳＯＣ（０）は期間の初期の充電状態であり、Ｑ０はバッテリーの完全充電容量であり、時間ｉｂ（θ）は時間θでのバッテリー電流であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
バッテリーの固有の特性を評価するためのバッテリーテスターであって、該バッテリーテスターは：
ａ．電圧および電流を感知するための少なくとも１つのセンサーと；
ｂ．バッテリーからの電力を一時的に貯蔵するためのスーパーキャパシタと；
ｃ．放電中には降圧コンバータ、及び充電中には昇圧コンバータのように構成され且つ動作され、バッテリーとスーパーキャパシタの間のエネルギー伝送を促進するための、双方向電力変換装置であって、継電器、第１のＭＯＳＦＥＴ、および第２のＭＯＳＦＥＴを含んでおり、第２のＭＯＳＦＥＴはインダクターおよびスーパーキャパシタと並列である、双方向電力変換装置と；
ｄ．双方向電力変換装置を制御するための制御装置であって、該制御装置は：プロセッサーと、非一時的なコンピューター読み取り可能な記憶媒体と、および非一時的なコンピューター読み取り可能な記憶媒体に格納された命令と、を含み、これらはプロセッサーによって実行された時に、プロセッサーにバッテリーテスト方法を実行させ、バッテリーテスト方法は、双方向電力変換装置を使用して、バッテリーからスーパーキャパシタまでエネルギーを伝送する工程と、および、スーパーキャパシタからバッテリーまでエネルギーを伝送する工程とを含む制御装置と；および
ｅ．ディスプレイであって、ディスプレイ上のユーザインターフェースはバッテリーテスト方法を選択するために操作可能な制御部を提供するディスプレイと；を含み、
ｆ．バッテリーテスト方法は、バッテリーの迅速な評価のための第１のテストモード、または、バッテリーの正確な評価のための第２のテストモードから選択され、第１のテストモードは、高電流パルス試験を含み、第２のテストモードは、高電流パルス試験およびスイッチング励起テストを含み、
ｇ．高電流パルス試験は、短期間にバッテリーからスーパーキャパシタまで高電流を引きこみ、スーパーキャパシタからバッテリーまでエネルギーを返し、および、少なくとも１つのセンサーを使用して、電圧と電流の変化を測定することを含み、
ｈ．スイッチング励起テストは、固定された周波数でバッテリーからスーパーキャパシタまでエネルギーを伝送すること、および、スーパーキャパシタからバッテリーまでエネルギーを伝送すること、および、少なくとも１つのセンサーを使用して電圧および電流を測定することを含み、
ｉ．第１のテストモードは、バッテリーの内部抵抗、コールドクランキングアンペア（ＣＣＡ）および充電状態（ＳＯＣ）を決定し、バッテリー内部抵抗は
【数１１】
0006738836.tif 000038
の値を求めることにより決定され、
【数１２】
0006738836.tif 000039
は、高電流パルス試験で測定された電流の変化に対する電圧の変化であり、ＣＣＡは
【数１３】
0006738836.tif 000040
の値を求めることにより決定され、ＶＴｅｒｍｉｎａｌは端子電圧であり、Ｖｃｕｔｏｆｆはカットオフ電圧であり、かつ、ｆ（ＶＴｅｒｍｉｎａｌ−Ｖｃｕｔｏｆｆ）ｔｅｍｐ−ｃｏｒｒｅｃｔは端子電圧とカットオフ電圧の間の差の温度補正関数であり、ＳＯＣは、ＳＯＣ＝ｆ（ＶＴｅｒｍｉｎａｌ）ｔｅｍｐ−ｃｏｒｒｅｃｔの値を求めることにより決定され、ｆ（ＶＴｅｒｍｉｎａｌ）ｔｅｍｐ−ｃｏｒｒｅｃｔは、端子電圧の温度補正関数であり、
ｊ．第２のテストモードは、バッテリーの電気的なモデルの正確性を高めるために再帰的なアルゴリズムを使用してバッテリーの固有の特性を決定し、再帰的なアルゴリズムは：
ｉ．バッテリーの電圧および電流を表す粒子のセットを初期化することであって、各粒子は速度および位置を有することと；
ｉｉ．粒子のセットを複数の反復の間更新することであって、粒子のセットを更新することは：
１．不正確関数を使用して各粒子の不正確な値を決定することであって、不正確関数は、実際のバッテリー電圧−電流特性と、推定された固有のパラメーターを備える電気的なモデルとの間の差を一定時間の間に測定し、最も不正確でない値を有する粒子は、粒子のセットにおいて最良の粒子と考えられ、および、最も不正確な値を有する粒子は、粒子のセットにおいて最悪の粒子と考えられ、各粒子の不正確な値は関数
【数１４】
0006738836.tif 000041
の値を求めることにより決定され、εＴは、時間Ｔの間の、実際のバッテリー電圧−電流特性と、推定された固有パラメーターを備える電気的なモデルとの間の差の関数であり、Ｖｂ，ａｃｔ（ｔ）は、時間ｔで測定された実際のバッテリー電圧であり、ｉｂ，ａｃｔ（ｔ）は、時間ｔで測定された実際のバッテリー電流であり、Ｖｂ，ｍ［ｔ，Ｐ，ｉａｃｔ（ｔ）］は、実際のバッテリー電流ｉｂ，ａｃｔ（ｔ）下でパラメーターセットＰを備える電気的なモデルを使用して計算される、時間ｔでのバッテリー電圧であることと；
２．最良の粒子に摂動を生成し注入することにより、交換粒子を生成することと；  
３．不正確関数を使用して、交換粒子の不正確な値を評価することと；
４．交換粒子の不正確な値が、最良の粒子よりも低い場合に、最良の粒子を粒子のセットにおける交換粒子と取り換えるか、または最悪の粒子を粒子のセットにおける交換粒子と取り換えることと；および、
５．粒子のセット中の各粒子の速度および位置を更新することを含むことと；および、
ｉｉｉ．粒子のセットに基づいて、バッテリーの電気的なモデルの充電状態、コールドクランキングアンペア、および、内部抵抗を決定することであって、これにより、充電状態、コールドクランキングアンペアおよび内部抵抗はバッテリーの健康を示すことと、を含むことを特徴とする、バッテリーテスター。
【請求項１０】
バッテリーテスターは、自動車のバッテリーの分析を行なうために、自動車に設置されることを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーテスター。
【請求項１１】
バッテリーテスターは、スタンドアローンバッテリーと接続し、スタンドアローンバッテリーのテスト結果を表示するために操作可能なスタンドアローンデバイスであることを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーテスター。
【請求項１２】
バッテリーテスターは電源をさらに含み、電源は、深放電されたバッテリーをテストするためにバッテリーテスターにエネルギーを供給することを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーテスター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバッテリーの健康状態を判定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバッテリーテスターは一般に、エネルギーの観点から不経済である。バッテリーの動作条件の評価とは一般に、バッテリーが負荷に接続されているときの負荷時間と回復時間との間の電圧変化を測定することを含む。典型的な負荷は、送達されてきたエネルギーをすべて消費する。この種のテストでは、散逸性負荷によるエネルギー損失が引き起こされ、バッテリーの健康状態について集められた情報は限定的である。
【０００３】
バッテリーをテストする現在の方法にはそれぞれさらなる制限がある。バッテリーをテストするＤＣの負荷法は、電圧と電流を測定することをテスト中のバッテリーに接続された高電力定格の抵抗器を必要とする。しかしながら、抵抗器は時間に経つにつれで熱くなり、バッテリー状態を正確に表すことができない。ＡＣコンダクタンス方法は、ＲＣネットワーク回路を使用して、８０Ｈｚから１００Ｈｚの間の交流信号を注入する。しかしながら、この方法は、テスト中のバッテリーの充電状態を考慮せず、モデルの個々のパラメーターを得ることができない。電気化学的インピーダンス分光法（ＥＩＳ）方法は、ＲＣネットワーク回路を使用して、２０Ｈｚ〜２０００Ｈｚの間の多くの周波数を注入し、ＲＣネットワーク回路中のすべてのパラメーターを設定することができる。しかしながら、複数の周波数が使用されるためテスト期間は長く、この方法はテスト中のバッテリーの充電状態を考慮したり、テストをしたりすることはない。
【０００４】
そのような理由から、より効率的で、バッテリーの健康状態の計算に関連するより多くの情報を考慮するバッテリーテスターが必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明はバッテリーの固有の特性を効率的に抽出するための効率的なバッテリーテスターを対象としている。ＳＬＩ（Ｓｔａｒｔｉｎｇ，  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ，  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）（起動、点火、イグニッション））、Ｇｅｌ  Ｃｅｌｌ、およびＡＧＭ（Ａｂｓｏｒｂｅｄ  Ｇｌａｓｓ  Ｍａｔ（吸収ガラスマット））バッテリーを含む、様々なタイプのバッテリーをテストするために、効率的なバッテリーテスターは、バッテリーメーカー、自動車販売店、あるいはエンドユーザによって使用されてもよい。
テストの間にバッテリーから放出されたエネルギーがエネルギー貯蔵ユニットで貯蔵され、バッテリーに再利用されるように、効率的なバッテリーテスターは感知ユニット、制御装置、双方向電力変換装置、およびエネルギー貯蔵ユニットを含む。効率的なバッテリーテスターは、バッテリーの健康状態を記載するために使用することができる正確なモデルパラメータを分析するために、修正された粒子群最適化アルゴリズムを用いて、高電流パルス試験とスイッチング励起テスト（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｔｅｓｔ）を使用する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示の実施形態のブロック図を示す。
【図２】本開示の実施形態に従ってバッテリー状態の迅速な評価のための第１の動作モードで使用された簡易なバッテリー相当モデルを示す。
【図３】本開示の実施形態に従ってバッテリー状態の迅速な評価のための第２の動作モードで使用された複雑なバッテリー相当モデルを示す。
【図４】本開示の実施形態に係る高電流パルス試験波形を示す。
【図５】本開示の実施形態に係るスイッチング励起テスト波形を示す。
【図６】鉛蓄バッテリー用のＳＯＣ−ＶＯＣルックアップテーブルを示す。
【図７】本開示の実施形態に係る修正された粒子群最適化アルゴリズム用のフローチャートを示す。
【図８】本発明の実施形態に係るプロフェッショナルモードの動作プロセスのフローチャートを示す。
【図９】本開示の実施形態のブロック図を示す。
【図１０】本開示の実施形態に係るバッテリー状態チェックユニットの回路図を示す。
【図１１】テストプロセスの間に結果を確認するために使用される実験準備を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
添付された図面に関して以下に記された詳細な記載は、本発明の現在好ましい実施形態の記載であると意図され、本発明が構築あるいは利用されることもある唯一の形態を表すことを意図するものではない。本記載は、例証された実施形態に関して本発明を構築および操作するための工程の機能と順序を示す。しかしながら、同じあるいは同等の機能および順序は、本発明の精神と範囲内に包含されるように意図される様々な実施形態によって達成され得ることを理解されたい。
【０００８】
本発明は、エネルギーを節約し、かつテスト下のバッテリー（ＢＵＴ）（１５０）の固有の特性を計算するために、充放電期間にＢＵＴをテストするために使用され得る効率的なバッテリーテスター（１００）である。図１に示されるように、効率的なバッテリーテスター（１００）は感知ユニット（１１０）、制御装置（１４０）、双方向電力変換装置（１２０）、およびエネルギー貯蔵ユニット（ＥＳＵ）（１３０）を含む。ＥＳＵ（１３０）は、放電モード中にＢＵＴ（１５０）から取り出されたエネルギーを貯蔵し、その後、充電モード中にＢＵＴ（１５０）を充電するために使用される。双方向電力変換装置（１２０）は、放電モード中にＢＵＴ（１５０）からＥＳＵ（１３０）への、および充電モード中にＥＳＵ（１３０）からＢＵＴ（１５０）への電力変換を促すために、双方向制御された変換プラットフォームとして使用される。感知ユニット（１１０）はさらなるパラメーター分析のために電圧と電流を測定する。制御装置（１４０）は、充電あるいは放電モードを達成するために双方向電力変換装置（１２０）の動作を制御し、知的なアルゴリズムを使用してＢＵＴ（１５０）の固有のパラメーターを計算するために感知ユニット（１１０）から測定値を受け取る。
【０００９】
バッテリー相当モデル
多くのバッテリー相当モデルはバッテリーの健康状態を評価するために使用されてもよい。例えば、「高速モード」の動作はバッテリー状態の迅速な測定とおおよその評価に使用されるが、「プロフェッショナルモード」の動作はバッテリー状態をより正確に評価するために使用され得る。
【００１０】
「高速モード」動作はバッテリー状態の迅速な分析を与えるために使用される。図２に示されるように、「高速モード」の動作は、バッテリー状態を判定するために簡易なバッテリー相当モデル（２００）を使用することもある。このモデルは、バッテリー状態を判定するためにオームの法則を用いる単純なテスターで使用することができる。このモデルは実行の複雑さが低く、計算時間が短い。しかしながら、結果はバッテリー状態のおおよその評価でしかない。
【００１１】
「プロフェッショナルモード」はバッテリー状態をより正確に評価するために使用される。図３に示されるように、「プロフェッショナルモード」動作は複雑なバッテリー相当モデル（３００）を使用することもある。好ましい実施形態では、このバッテリー相当モデルは、スイッチングの励起動作下で高周波数応答をよりよく評価するために、理想的なバッテリー（純粋なコンデンサー）、直列抵抗器（３２０）、第１の抵抗器−コンデンサー並列ネットワーク（３４０）、および第２の抵抗器−コンデンサー並列ネットワーク（３５０）を使用する。２つの抵抗器−コンデンサー並列ネットワークがここで考慮されるが、抵抗器−コンデンサー並列ネットワークは本発明の実施形態に従ってバッテリー相当モデルに加えられることもあれば、取り除かれることもある。複雑なバッテリー相当モデル（３００）が粒子群最適化（ＰＳＯ）アルゴリズムなどの高度なアルゴリズムと共に使用される場合、バッテリーの内部パラメーターはより正確に評価されることもある。
【００１２】
バッテリーテスト方法
効率的なバッテリーテスター（１００）は複数のテスト方法を使用することができる。とりわけ、効率的なバッテリーテスター（１００）は、バッテリーを消費および充電することを含むテスト方法を使用することができる。例えば、効率的なバッテリーテスター（１００）は、ＢＵＴ（１５０）の固有のパラメーターを判定するために高電流パルス試験および／またはスイッチング励起テストを使用することもある。高電流パルス試験は短パルスでＢＵＴ（１５０）から高電流を取り出す。スイッチング励起テストは固定された周波数で放電モードと充電モードとの間で交互に行われる。これらのテストは測定データを得るために使用される。これらのテストからの測定データは、固有のバッテリーパラメーターを迅速に推定するために一次方程式と共に使用可能であるか、あるいは、反復プロセスを使用して固有のパラメーターを正確に判定するために、上記データをより複雑な粒子群最適化アルゴリズムと共に使用することもある。
【００１３】
高電流パルス試験では、高電流パルスは電流（４１０）および電圧（４２０）を測定しながら、短時間にバッテリーから取り出され、電流変化（４１２）と電圧変化（４２２）が測定される。高電流パルス試験は、「高速モード」動作および「プロフェッショナルモード」動作の両方で使用される。高電流パルス試験はバッテリーの伝達／クランキング能力をテストするために使用される。例えば、バッテリーの伝達能力は自動車の点火システムの典型であり、これは、エンジンを始動させる際にバッテリーから高電流を取り出す主要なユニットである。バッテリーの伝達能力の欠陥は、自動車のエンジンがかからないことで示され得る。図４に示されるように、高電流がバッテリーから取り出されると、バッテリー端子電圧はあるレベルまで落ちる。電圧降下のレベルは、短時間で高電流を伝達する能力を示すためのインジケータとして役立つ。したがって、電圧変化とパルス試験中に引き込まれた電流はバッテリーの伝達能力を評価するために使用することができる。
【００１４】
効率的なバッテリーテスター（１００）では、高電流パルス試験中に、制御装置（１４０）は、スーパーキャパシタなどの、バッテリーからＥＳＵ（１３０）にサージ電流を引きこむように双方向電力変換装置（１２０）に指示する。ＥＳＵ（１３０）はエネルギーを貯蔵し、このエネルギーはその後、スイッチング励起プロセスの間にバッテリーを充電するために使用される。単純なバッテリーテスターは、引き込まれたエネルギーを熱に変換することによりエネルギーを浪費する非蓄積負荷（ｎｏｎ−ｓｔｏｒａｇｅ  ｌｏａｄｓ）（例えば抵抗器）を用いる。従って、ＥＳＵ（１３０）を使用するこのパルス生成方法は、エネルギー損失を減らすことができ、高電流試験の間に加熱に関する問題を回避する。
【００１５】
スイッチング励起テストでは、効率的なバッテリーテスター（１００）は、図５に示されるように、固定された周波数で放出モードと充電モードを交互に行う。このスイッチングの励起動作は、相当モデルの２つのＲＣ並列ネットワークの構成要素を励起しつつ、電流変化と電圧変化を判定するために電流（５１０）と電圧（５２０）を測定することを目的としている。スイッチング励起テストは「プロフェッショナルモード」動作で使用される。
【００１６】
ＥＳＵ（１３０）に貯蔵されたエネルギーがバッテリーの充電動作中に使用されるので、スイッチングの励起動作は外部の電源を必要としない。さらに、この方法は１００ｋＨｚのＤＣスイッチング信号などの固定周波数で動作することから、複数の周波数の掃引を必要としない。
【００１７】
バッテリー状態評価アルゴリズム
測定データを用いて、コールドクランキングアンペア（ＣＣＡ）、バッテリーのインピーダンスおよび充電の状態（ＳＯＣ）を含むいくつかのインジケータを評価することができる。これらは、「高速モード」動作と「プロフェッショナルモード」動作では異なるように計算される。
【００１８】
「高速モード」動作はバッテリーの健康状態の迅速な評価に使用される。この「高速モード」動作では、高電流パルス試験は電圧変化と電流を測定するために使用される。その後、簡易なバッテリー相当モデル（２００）を使用して内部特性を計算する。バッテリー内部抵抗（Ｒ）は、以下の方程式において、電圧の変化（ΔＶ）と電流の変化（ΔＩ）を用いて計算される：
【００１９】
バッテリー内部抵抗：
【００２０】
【数１】
0006738836.tif 000002
【００２１】
その後、バッテリー内部抵抗に基づいてＣＣＡが計算される。コールドクランキングアンペアは、端子電圧、カットオフ電圧および温度補償を考慮に入れることもある。例えば、国際的なＣＣＡ基準（ＩＥＣ）によれば、バッテリー電圧は−１８°Ｃ（０°Ｆ）で８．４Ｖ未満であってはならない。ＣＣＡ値は、以下の方程式において、端子電圧（ＶＴｅｒｍｉｎａｌ）およびカットオフ電圧（Ｖｃｕｔｏｆｆ）の温度補正関数を用いて、温度補償を備えたオーム法を使用して求めることが可能である：
【００２２】
コールドクランキングアンペア：
【００２３】
【数２】
0006738836.tif 000003
【００２４】
バッテリーの充電状態（ＳＯＣ）は、図６などのように、端子電圧に関連する関数とＳＯＣ−ＶＯＣルックアップテーブルを使用して評価される。
【００２５】
充電状態：
【００２６】
【数３】
0006738836.tif 000004
【００２７】
簡易なバッテリー相当モデル（２００）、電圧変化および電流測定を用いてすべての計算を迅速に完了させることができ、テスト結果は最小の時間で計算される。しかしながら、この「高速モード」動作は、バッテリーの健康状態の推定値を与えるにすぎず、正確さに欠けている。
【００２８】
「プロフェッショナルモード」動作はバッテリーの健康状態のより正確な尺度に使用される。「プロフェッショナルモード」動作については、両方の高電流パルス試験とスイッチング励起テストがデータを測定するために使用される。内部特性を、複雑なバッテリー相当モデル（３００）を使用して計算する。複雑なバッテリー相当モデル（３００）と粒子群最適化アルゴリズムに使用される計算は、より多くのリソースを消費し、かつより多くの時間がかかる。
【００２９】
直列抵抗器Ｒｏは突然の負荷変動時の瞬間電圧降下をモデル化するために使用される。抵抗器Ｒ１、Ｒ２およびコンデンサーＣ１、Ｃ２によって形成された並列ＲＣネットワークは、過渡応答をモデル化するために使用される。これらのパラメーターはすべて、複数の時定数を示すバッテリーの定常状態と過渡挙動を特徴としている。
【００３０】
したがって、ｋ番目のネットワークの時定数τｋは以下のとおりである：
【００３１】
【数４】
0006738836.tif 000005
キルヒホッフの電圧法則に基づいて、ＲＣネットワークの上の電圧は次のとおりである：
【００３２】
【数５】
0006738836.tif 000006
ここで、Ｖｋ（ｔ）はＣｋを通る電圧であり、ｉｂはバッテリー電流であり、ｋ＝１あるいは２である。
【００３３】
バッテリーＶＴｅｒｍｉｎａｌの端子電圧は次のように表現することができる：
【００３４】
【数６】
0006738836.tif 000007
ここで、
【００３５】
【数７】
0006738836.tif 000008
および、ＳＯＣ（θ）は時間θの充電状態であり、Ｃ［ＳＯＣ（θ）］は異なるＳＯＣ時の理想的なバッテリー・キャパシタンス変化である。
【００３６】
複雑なバッテリー相当モデル（３００）を用いて、修正された粒子群最適化アルゴリズムは、既知の導関数なしでバッテリーパラメーターを解くために使用され、緊急を要する用途に適している。粒子群最適化アルゴリズムは、目的を探し求めるエージェント群の挙動を模倣する反復プロセスである。群れの中の１つのエージェントは、それが目標に関して知っている情報のうちのいくつかを共有することにより他のエージェントと連携し、他のエージェントと共有した情報を用いてその探索を誘導する。反復が進行するにつれて、群れ全体は目的の方へ集まる傾向がある。局所最適条件に捕われないようにするために、
【００３７】
本発明は、摂動を導入する修正された粒子群最適化アルゴリズムを使用する。修正された粒子群最適化アルゴリズムを使用する「プロフェッショナルモード」動作に関するこのフローチャートは、図８に描かれている。修正された粒子群最適化アルゴリズムに関するフローチャートは図７に示されている。
【００３８】
目的関数とパラメータセットの定義
目的関数εＴは、実際のバッテリー電圧−電流の特性と、時間Ｔの間に推定された固有のパラメーターを備える電気的なモデルによって得られた特性との間の差を測定および定量化するために使用される。数学的には以下である。
【００３９】
【数８】
0006738836.tif 000009
ここで、ｖｂ，ａｃｔ（ｔ）とｉｂ，ａｃｔ（ｔ）はそれぞれ、時間ｔに測定された実際のバッテリーの電圧と電流であり、ｖｂ，ｍ［ｔ，Ｐ，ｉａｃｔ（ｔ）］は、実際のバッテリー電流ｉｂ，ａｃｔ（ｔ）下でパラメータセットＰを備えた電気的なモデルを用いて計算された時間ｔのバッテリー電圧である。
【００４０】
パラメータセットＰは方程式（８）においてεＴを最小化するために提案された修正された粒子群最適化アルゴリズムによって最適化される。図２のすべての回路素子を使用する代わりに、それは以下のように定義される：
【００４１】
【数９】
0006738836.tif 000010
ここで、ＳＯＣ（０）はこの時間の開始時のＳＯＣである。
【００４２】
回路素子Ｃｋは、
【００４３】
【数１０】
0006738836.tif 000011
である方程式（４）を用いて得ることができる。  
【００４４】
ＳＯＣの値は、
【００４５】
【数１１】
0006738836.tif 000012
によって計算される。
【００４６】
従って、方程式（８）におけるｖｂ，ｍの値は、方程式（６）と方程式（７）によって計算される。すべての固有のパラメーターの最良の推定値を引き出す最良のパラメータセットＰＢは、方程式（８）において最小値εＴを与えるパラメータセットである。
【００４７】
【数１２】
0006738836.tif 000013
修正されたＰＳＯの動作
【００４８】
修正された粒子群最適化アルゴリズムの動作は図７に示されるフローチャートにおいて描写される。各最適化生成に使用される候補パラメータセットの集団サイズは、Ｎである。候補パラメータセット、すなわち粒子はそれぞれその位置Ｐｉを占め、そこでは、ｉ＝１、２、…Ｎであり、かつ、その速度Ｖｉに関係している。ｇ番目の最適化生成における粒子速度Ｖｉ、すなわちＶｉ（ｇ）は、下記の式を用いて計算される。
【００４９】
【数１３】
0006738836.tif 000014
【００５０】
式中、Ｖｉ（ｇ−１）は（ｇ−１）番目の生成におけるｉ番目粒子の粒子速度であり、ＰＧは最適化におけるこれまで最良の大域的な粒子であり、Ｐｉ（ｇ−１）は（ｇ−１）番目の生成におけるｉ番目の粒子の位置を占め、ＰＨ，ｉ（ｇ−１）は、これまでのｉ番目粒子の個々の最良の位置を占め、
【００５１】
【数１４】
0006738836.tif 000015
は粒子の位置によって測定された学習係数であり、その表現は別表中で表され、かつ、ｒ１，ｉ（ｇ−１）およびｒ２，ｉ（ｇ−１）は、０と１の間に均一に分布する、無作為に生成される重み係数である。
【００５２】
方程式（１３）におけるＰＨ，ｉ（ｇ−１）は、下記の基準を用いて得られる。
【００５３】
【数１５】
0006738836.tif 000016
【００５４】
一方、ＰＧ（ｇ−１）は、下記の基準によって得られる。
【００５５】
【数１６】
0006738836.tif 000017
【００５６】
方程式（１３）を使用することによって、粒子は下記の式を用いて更新される。
【００５７】
【数１７】
0006738836.tif 000018
【００５８】
粒子は探索境界を越えられないので、境界に到達する粒子の速度は逆転する。局所最適条件へと捕捉する探索を回避するために、摂動手法が適用される。アルゴリズムは以下のように記述される。全ての粒子が方程式（１５）を用いて更新される前に、無作為に生成された摂動εｐ（ｇ）をＰＧ（ｇ）に注入することによって新しい粒子
【００５９】
【数１８】
0006738836.tif 000019
が形成される。
【００６０】
【数１９】
0006738836.tif 000020
【００６１】
【数２０】
0006738836.tif 000021
すなわち粒子
【００６２】
【数２１】
0006738836.tif 000022
がＰＧ（ｇ）より良い場合、
【００６３】
【数２２】
0006738836.tif 000023
はＰＧ（ｇ）の代わりとなり、ここで、ＰＧ（ｇ）＋２ｋεｐ（ｇ）は探索境界内にあり、ＰＧ（ｇ）＋２ｋ＋１εｐ（ｇ）は境界の外にある。
【００６４】
【数２３】
0006738836.tif 000024
【００６５】
別の方法では、電流生成における最悪の粒子ＰＷ（ｇ）は、次のように識別され、
【００６６】
【数２４】
0006738836.tif 000025
【００６７】
【数２５】
0006738836.tif 000026
と取り換えられるだろう。すなわち、以下である。
【００６８】
【数２６】
0006738836.tif 000027
【００６９】
図７の助けを借り、工程の簡単な説明が以下のように与えられる。
１）  各パラメータについての探索境界は探索の捕捉（ｓｅａｒｃｈ  ｔｒａｐｐｉｎｇ）を防ぐように設定される。
２）  Ｎ粒子はすべて無作為に初期化される。
３）  粒子はすべて方程式（８）によって評価される。
４）  新しい粒子は、方程式（１７）を使用して最良の粒子に摂動を注入することにより生成される。
５）  最良または最悪の粒子は方程式（１８）および方程式（２０）に基づいて、新しい粒子と取り換えられるだろう。
６）  すべての粒子の速度は方程式（１３）によって計算され、かつ、位置は方程式（１６）によって更新される。
７）  この手順は、反復が終了するまで、次の生成のために工程２）から繰り返される。
【００７０】
複雑なバッテリー相当モデル（３００）では、モデルパラメータは、測定値に対して同等のモデル応答を比較することによって得られる。モデルパラメータはインピーダンス、ＲＣネットワークの値および開放電圧（ＯＣＶ）を含む。これらのモデルパラメータはインピーダンス、ＣＣＡおよびＳＯＣを含む、バッテリーの固有パラメータを正確に計算するために使用される。モデルパラメータ推定のこの「プロフェッショナルモード」手順は、より多くの資源を消費するため、このプロセスはバッテリーの健康状態を正確に表すテスト結果を得るのに時間がかかる場合がある。例えば、本発明のいくつかの実施形態では、「プロフェッショナルモード」動作では２分で結果が出るのに対し、「高速モード」動作では数秒で推定値が出る。
【００７１】
バッテリーテスターハードウェア
図９は、本明細書に記述されたシステム、装置、および方法を実行するために使用されてもよい、効率的なバッテリーテスター（１００）の実施形態のブロック図を示す。このブロック図は、限定のためではなく、例証のためだけに示される例示的な実施形態である。
【００７２】
示されるように、メモリ（９０４）に動作的に連結されたマイクロプロセッサー（９０２）は、そのような動作を定義するプログラム命令を実行することにより、全体の動作を制御する。プログラム命令は、メモリ（９０４）または他の非一時的な読み取り可能媒体に格納されてもよく、次に、プログラム命令の実行が望まれる時にロードされてもよい。したがって、方法の工程は、メモリ（９０４）に格納され、かつ、コンピュータープログラム命令を実行するプロセッサによって制御されるプログラム命令によって定義することができる。
【００７３】
マイクロプロセッサ（９０２）は、とりわけ、プロセッサ設計に組み込まれたソフトウェア命令を有する専用プロセッサと、メモリ（９０４）内の命令を有する汎用プロセッサとを、プロセッサを制御するために含むことができ、かつ、単一プロセッサまたは複数プロセッサのうちの１つであってもよい。プロセッサは、複数のコアまたはプロセッサ、バス、メモリコントローラ、キャッシュなどを含む自己完結型のコンピューティングシステムであってもよい。マルチコアプロセッサは対称であってもよく、または非対称であってもよい。プロセッサおよびメモリ（９０４）は、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／または１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含み、これらによって補完され、または、これらに組み込まれてもよい。本開示は、より大きい処理能力を提供するために、１つ以上のプロセッサ、または、一緒にネットワーク接続される一群または集団のコンピュータで動作してもよいことが認識されうる。
【００７４】
メモリ（９０４）は有形の非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含む。一例として、限定しないが、そのような非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体には、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、高速ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリー（ＳＲＡＭ）、ダブルデータレートシンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＤＲＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、ディジタル多用途ディスクリードオンリーメモリ（ＤＶＤ−ＲＯＭ）ディスク、または他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶装置、または、コンピュータ実行可能命令、データ構造あるいはプロセッサチップ設計の形で所望のプログラムコード手段を実行または格納するために使用することができる他の任意の媒体、が含まれる。情報が、ネットワークまたは他の通信接続（有線、無線、またはそれらの組み合わせのいずれか）を介してコンピュータに伝送または提供されるとき、コンピュータは、適切に、接続をコンピュータ読み取り可能媒体としてみなす。したがって、任意のそのような接続は、適切にコンピュータ読み取り可能媒体と名付けられる。上記の組み合わせも、コンピュータ読み取り可能媒体の範囲内に含まれるべきである。メモリ（９０４）は、テストを実行するためのコンピュータ命令と、および、ユーザ、システム、測定データ、および／またはテスト結果に関する情報とを含む、複数の目的に使用することができる。
【００７５】
ネットワーク／通信インターフェースにより、プロセッサは、ネットワーク上の他の装置と通信することができ、このネットワークは、例えば、携帯電話ネットワークなどのイントラネットおよび／または無線ネットワーク、無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）および／またはメトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、および任意の適切な通信規格、プロトコル、および技術を使用する他の装置を含む。一例として、限定されないが、そのような適切な通信規格、プロトコルおよび技術には、イーサネット（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ（例えばＩＥＥＥ  ８０２．１１）、Ｗｉ−ＭＡＸ（例えば８０２．１６）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、近距離無線通信（ＮＦＣ）、無線周波数システム、赤外線、ＧＳＭ（登録商標）、ＥＤＧＥ、ＨＳ−ＤＰＡ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、クワッドバンド、ＶｏＩＰ、ＩＭＡＰ、ＰＯＰ、ＸＭＰＰ、ＳＩＭＰＬＥ、ＩＭＰＳ、ＳＭＳまたは他の任意の適切な通信プロトコルを含まれうる。一例として、限定されないが、ネットワークインタフェースにより、プロセッサは、データを伝送し、情報を同期させ、ソフトウェアを更新し、または他の適切な動作をすることが可能になる。いくつかの実施形態では、プロセッサは、測定データおよび／またはテスト結果を他のコンピューティング装置に伝送する。これにより、ユーザは、モバイル装置またはコンピュータを使用して、測定データおよび／またはテスト結果を調査し、送付し、格納し、分析することができる。加えて、ユーザは、テストのためにバッテリーテスターに中継されうるバッテリー情報を検索するために、モバイルデバイスを使用してもよい。
【００７６】
入力／出力インターフェースは、システムとのユーザ相互作用を可能にする入力／出力装置と連結して使用されてもよい。例えば、出力ディスプレイ（９４０）は、情報とテスト結果を同時に表示するためのユーザとバッテリーテスターとの間のインタフェースプラットフォームを提供してもよい。キーボードおよび／またはタッチスクリーンなどの入力装置（９２８）は、ユーザがＣＣＡ、容量およびバッテリータイプなど、テスト下のバッテリー（１５０）に関連する情報を入力できるようにするために使用されてもよい。更に、ユーザはまた、テストなどについて異なる機能を選択できる。印刷装置（９３０）は、テスト結果を共有するための便利な方法として接続されてもよい。結果は、業務記録目的で、または消費者にバッテリーの状態を示すために印刷されてもよい。
【００７７】
マイクロプロセッサ（９０２）も追加のハードウェアと連結されてもよい。リアルタイムクロック（９２４）は、テスト結果および記録についてのタイムスタンプを提供するために接続されてもよい。深放電されたバッテリーをテストする場合、外部電源が、マイクロコントローラ（９０２）およびバッテリー状態チェックユニット（９０６）に電力を供給するために使用されてもよい。赤外線温度センサー（９１８）は、温度調整下のＣＣＡおよびＳＯＣを推定するために周囲の温度を測定してもよい。
【００７８】
マイクロプロセッサ（９０２）は、バッテリー（１５０）に接続されるバッテリー状態チェックユニット（９０６）に接続されている。示されるように、バッテリー状態チェックユニット（９０６）は、逆極性保護ユニット（９１０）、継電器（９１２）、スーパーキャパシタを有する充電および放電ユニット（９１４）、および、バッテリーパワー状態センサー（９１６）を含む。逆極性保護ユニット（９１０）は、バッテリーの正端子と負端子との間の誤った接続を防止して、不必要な損傷を回避する。誤った接続が生じると、ディスプレイに警告を出すなどして、ユーザが警告されてもよい。継電器（９１２）は、バッテリー（１５０）とＥＳＵ（１３０）の間の接続を有効または無効にするスイッチである。スーパーキャパシタを有する充電および放電ユニット（９１４）は、マイクロプロセッサ制御の下で、高電流パルス試験及びスイッチング励起の２段階のテスト動作のために使用される。バッテリーパワー状態センサー（９１６）はバッテリー電圧および電流の測定のために使用される。関連する波形は、将来の解析のためにマイクロプロセッサ（９０２）によって捕捉される。
【００７９】
図１０は、本発明の実施形態によるバッテリー状態チェックユニット（９０６）の回路図を示す。示されるように、回路は、第１のＭＯＳＦＥＴ（１０２０）と、第２のＭＯＳＦＥＴ（１０２２）と、継電器（９１２）と、インダクター（１０３０）と、スーパーキャパシタ（１０５０）とを備える。逆極性保護ユニット（９１０）はバッテリー（１０４０）と平行に接続される。回路状態を感知するための感知ユニットは、回路中の様々な点で接続される。これらは、バッテリー（１０４０）と並列の電圧センサー（１０１０）と、継電器（９１２）と第１のＭＯＳＦＥＴ（１０２０）との間の電流センサー（１０１２）と、スーパーキャパシタ（１３０）と並列の電圧センサー（１０１４）とを含む。この回路は、バッテリー（１０４０）からスーパーキャパシタ（１０５０）にエネルギーを伝送することができるように双方向電力フロー機能を実行し、逆もまた同様である。放電動作の間、エネルギーは、バッテリー（１０４０）からスーパーキャパシタ（１０５０）に伝送される。２つのＭＯＳＦＥＴは、バッテリー（１０４０）を電源として扱い、かつスーパーキャパシタ（１０５０）を負荷として扱って、降圧コンバータとして回路を動作させるように切り替えられる。充電動作の間、エネルギーはスーパーキャパシタ（１０５０）からバッテリー（１０４０）に伝送される。２つのＭＯＳＦＥＴは、スーパーキャパシタ（１０５０）を電源として扱い、かつバッテリー（１０４０）を負荷として扱って、昇圧コンバータとして回路を動作させるように切り替えられる。電圧制御（１０６０）はＭＯＳＦＥＴを制御し、高電流パルス試験及びスイッチング式励起試験が実行されてもよい。
【００８０】
図１１は、異なるタイプのバッテリーを使用するテストプロセスを検証するために使用される実験の設定を示す。テスト中のバッテリーは、電源Ｍａｇｎａ−Ｐｏｗｅｒ  ＴＳ８０−６２（１１１０）および６０５０２Ｂ負荷モジュール（１１２０）を有するＨｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ  ＨＰ６０５０  電子Ａメインフレームに接続されている。電源（１１１０）は、テスト下のバッテリーの充電電流をプログラムするのに使用され、一方、電子負荷（１１２０）を有する電子メインフレームは、テスト下のバッテリーから引き出された負荷電流をプログラムするために使用される。このような構成では、ＥＶなどの用途においてバッテリーの充電および放電が発生する実際の動作条件をエミュレートできる。電源（１１１０）と、電子負荷（１１２０）を有するメインフレームとは、ＵＳＢ接続を使用してＮＩ  ｃＤＡＱ−９１７２シャシー（１１３０）にインストールされる制御装置Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＮＩ  ９２６３を介してコンピュータ（１１４０）によって制御される。電流パターンはコンピュータ（１１４０）上でプログラムされる。バッテリー電圧と電流（０．１オーム抵抗を使用して電圧信号に変換される）は、ｃＤＡＱ−９１７２シャシー（１１３０）にもインストールされているデータ収集モジュールＮａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＮＩ  ９２１５によってサンプリングされる。ＮＩ  ９２１５とＮＩ  ９２６３の両方の分解能は両方とも１６ビットであり、±１０Ｖの範囲で動作する。複数のＳＯＣ条件下で複数のバッテリー電流パターンを有するこの設定を使用し、平均予測誤差がバッテリー電圧の０．５％未満であることが研究によって示された。したがって、効率的なバッテリーテスターは、その性能がこのような用途の実用的な範囲内にあることが証明された。
【００８１】
本発明の好ましい実施形態の前述の説明は、例示および説明のために提示されたものである。包括的であること、または、開示された正確な形態に本発明を限定することを意図するものではない。上記教示に照らして、多くの修正および変形が可能である。例えば、本開示はバッテリーをテストする方法を提示するが、効率的なバッテリーテスター（１００）は、キャパシタまたは車両の交流発電機システムなどの、対応する相当モデルで双方向電力フローを受け入れる、任意の対象と共に使用されてもよい本発明の範囲は、この詳細な説明に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲および添付の特許請求の範囲の均等物によって限定されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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