(57)【要約】  充電状態を推定するための推定アルゴリズムによって電池の充電状態を推定する少なくとも１つの推定フェーズと、推定フェーズの間に実行され、推定アルゴリズムをリセットする少なくとも１つのリセットフェーズとを有する、電池の充電状態を評価する方法において、リセットフェーズは、所与の時点で電池の充電状態の実際値を検出するステップを有し、所与の時点は、第１及び第２の充電状態のレベルの間で電池の充電又は放電を行うステップ（Ｅ８）と、充電又は放電の間に電池の端子間の電圧を測定するステップ（Ｅ１２）と、電圧の時間導関数を評価するステップ（Ｅ１４）と、充電状態の既知の予め定義された実際値に対応する時間導関数の少なくとも１つの特定点を検出するステップ（Ｅ１６）とによって判定され、リセットフェーズは、更に、所与の時点において、充電状態の実際値によって推定アルゴリズムをリセットするステップ（Ｅ２０）とを有する。【選択図】  図２
2016531270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電状態を推定するための推定アルゴリズムによって電池の充電状態を推定する少なくとも１つの推定フェーズと、前記推定フェーズの間に実行され、前記推定アルゴリズムをリセットする少なくとも１つのリセットフェーズとを有する、電池の充電状態を評価する方法において、前記リセットフェーズは、
所与の時点で電池の充電状態の実際値を検出するステップを有し、前記所与の時点は、
第１及び第２の充電状態のレベルの間で前記電池の充電又は放電を行うステップ（Ｅ８）と、
前記充電又は放電の間に前記電池の端子間の電圧を測定するステップ（Ｅ１２）と、
前記電圧の時間導関数を評価するステップ（Ｅ１４）と、
充電状態の既知の予め定義された実際値に対応する前記時間導関数の少なくとも１つの特定点を検出するステップ（Ｅ１６）とによって判定され、前記リセットフェーズは、更に、
前記所与の時点において、前記充電状態の実際値によって前記推定アルゴリズムをリセットするステップ（Ｅ２０）とを有する方法。
【請求項２】
前記電池の端子間の電圧の時間導関数の曲線の特定点を検出するステップ（Ｅ１６）は、前記曲線の最大値又は最小値の検出を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記充電状態の実際値を検出する際、前記電圧の時間導関数を評価するステップ（Ｅ１４）は、電圧の時間導関数を瞬間的に推定するステップと、前記推定した導関数を円滑化するステップとを含む請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記円滑化のステップは、前記導関数の移動窓における平均を算出するステップを含む請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記電池の充電状態がリセットフェーズの実行を許容できる範囲にあるか否かを検出する検出ステップ（Ｅ２）を更に有する請求項１乃至４いずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記電池が完全に放電されたとき、前記電池の健康状態を推定するためのアルゴリズムをリセットするフェーズを実行するステップを更に有する請求項１乃至５いずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記電池の健康状態を推定するためのアルゴリズムをリセットするフェーズは、
前記電池を充電するステップ（Ｅ８）と、
前記充電の開始から前記電池に供給された電荷を推定するステップ（Ｅ８）と、
電池の端子間の電圧の時間導関数を観察し、前記導関数の少なくとも１つの特定点を判定するステップ（Ｅ１０）と、
前記特定点に到達するまで、前記電池に供給された総電荷に基づいて、前記健康状態を推定するためのアルゴリズムをリセットするステップ（Ｅ２４）とを含む請求項１乃至６いずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記電池の温度を測定するステップ（Ｅ４）と、前記電池の温度が基準温度値に対してプラスマイナス２０％の範囲内にない場合、前記電池を冷却又は加温するステップ（Ｅ６）とを更に有する請求項１乃至７いずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記電池の複数のサブアセンブリの充電状態の分散を推定するステップ（Ｅ５）と、前記分散が閾値を超えている場合、前記充電状態のバランスをとるステップ（Ｅ７）とを有し、前記バランスをとるステップは、前記実際値を検出する前に行われる請求項１乃至８いずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
チタン酸リチウムマンガンタイプの１つ以上の基本電池から構成される電池の充電状態を評価するステップを有し、前記電池の充電によるリセットフェーズは、前記充電状態が４０％未満の場合、又は前記充電状態が５６乃至６０％の場合に許可され、前記リセットフェーズの前記リセットステップ（Ｅ２０）は、前記電池の１５乃至３０℃の間の温度において、５０乃至６０％又は５３乃至５６％の充電状態値を、前記電池の端子間の電圧の時間導関数の曲線の最大点Ｐｍａｘに関連付け（Ｅ１０）、このとき前記時間導関数の値は、１０乃至１３Ｖ．ｓ−１又は１１乃至１２Ｖ．ｓ−１であり、及び／又は６０乃至６５％の充電状態値を前記曲線の最小点Ｐｍｉｎに関連付け、このとき前記時間導関数は、４乃至５Ｖ．ｓ−１の値である請求項１乃至９いずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
チタン酸リチウムマンガンタイプの１つ以上の基本電池から構成される電池の充電状態を評価するステップを有し、前記電池の充電によるリセットフェーズは、前記充電状態が４０％又は５０％を超える場合に許可され、前記リセットフェーズの前記リセットステップ（Ｅ２０）は、前記電池の１５乃至３０℃の間の温度において、３２乃至３５％又は３０乃至３６％の充電状態値を、前記電池の端子間の電圧の時間導関数の曲線の最大点Ｐｍａｘに関連付け（Ｅ１０）、このとき前記時間導関数の値は、−５．５乃至−４．５Ｖ．ｓ−１であり、及び／又は４０乃至４６％の充電状態値を前記曲線の最小点Ｐｍｉｎに関連付け、このとき前記時間導関数は、−１０乃至−８Ｖ．ｓ−１の値である請求項１乃至９いずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記充電フェーズ又は放電フェーズにおいて、前記電池の端子間の電圧の時間導関数の曲線の少なくとも一部をプロットし（Ｅ１４）、前記曲線の少なくとも１つの特定点を検出し、前記少なくとも１つの特定点に関連する充電状態を測定するステップを含む事前の較正ステップを有する請求項１乃至１１いずれか１項記載の方法
【請求項１３】
１つの同じ電池パックの複数の基本電池について、前記充電状態の評価を実行する請求項１乃至１２いずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
電池と、前記電池に接続されたプロセッサとを備え、前記プロセッサは、請求項１乃至１３いずれか１項記載の方法に基づいて、前記電池の充電状態を評価するシステム。
【請求項１５】
前記電池の温度を検出する少なくとも１つのセンサと、前記電池の端子間の電圧及び／又は電流を検出する少なくとも１つのセンサと、これらのセンサの測定値を前記プロセッサに供給する通信のためのデバイスとを更に備える請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
前記電池は、チタン酸リチウムマンガン電池である請求項１４又は１５記載のシステム。
【請求項１７】
電池を管理するためのシステムにおいて、請求項１乃至１３いずれか１項記載の電池の充電状態を評価する方法を実現及び実行する少なくとも１つのプロセッサを備えるシステム。
【請求項１８】
請求項１乃至１３いずれか１項記載の電池の充電状態を評価する方法を実現及び実行するコンピュータプログラムコード手段を含む記録されたコンピュータプログラムが格納された、管理ユニットによって読取可能なコンピュータ媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリを管理する方法に関し、詳しくは、バッテリの充電状態の予め定義された値の検出に基づいて、バッテリの充電状態及び／又は健康状態を評価し、経年劣化による経時的な状態の変化を制御する方法に関する。また、本発明は、この方法を実現する構成を有するバッテリに関する。更に、本発明は、このバッテリ管理方法を実現するバッテリ管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池（又は電気化学的アキュムレータ）の状態を知ることは、特に、電池の使用期間中の任意の時点の充電状態（state of charge：ＳＯＣ）を算出することを含む。このために、電池は、通常、充電状態ゲージ（又はインジケータ）に接続される。このゲージは、電池を管理するためのシステムによって管理され、このシステムは、予め定義されたアルゴリズム及び電池に接続されたセンサによる測定に基づいて、電池の充電状態を推定する。従来の全てのソリューションでは、時間の経過及び電池の経年劣化に伴って、電池の充電状態の推定の精度が低下する。この現象を軽減するために、「充電状態ゲージのリセット」と呼ばれるフェーズを行うことが知られており、このフェーズでは、所定のアルゴリズムの時間的な適応化、例えば、これらのアルゴリズムのパラメータの時間的な適応化を行い、信頼できる推定を持続的に達成する。
【０００３】
電池の充電状態のゲージをリセットするフェーズを実現する従来の第１の手法は、電池の完全充電を行うこと、及びオプションとして、直列構成及び／又は並列構成に接続された電池が複数のセルから構成されている場合、例えば、「電池パック」と呼ばれる構成の場合、電池のバランスをとることを含む。完全充電が達成されると、ゲージを１００％に合わせることによってゲージをリセットする。
【０００４】
電池の充電状態のゲージをリセットするフェーズを実現する従来の第２の手法は、電池の完全放電を行うことを含み、これによって、ゼロ充電状態を達成することができ、ゲージを０％にリセットすることができる。
【０００５】
このように、これらのリセットフェーズでは、電池を、充電状態を示す実際値が既知である完全充電状態又は完全放電状態にして、この実際値によって推定アルゴリズムをリセットする。したがって、これらの従来のソリューションは、電池の完全な充電又は放電を定期的に実施する必要があり、時間的な損失が生じるという短所がある。
【０００６】
電池の充電状態のゲージをリセットする他の手法は、リセットフェーズの間に（充電電流又は放電電流なしで）電圧を測定することを含む。この測定は、充電状態を直接的に測定するものであってもよい。しかしながら、この手法では、使用される電池の技術によって、負荷なしの電圧測定値がその充電状態の関数として非常に細かく変化するため、非常に正確な電圧センサが必要である。
【０００７】
更に、従来の電池の管理は、「健康状態（state of health）」又は単にＳＯＨと呼ばれる電池の経年劣化を表す相補的なインジケータを使用することが多い。充電状態の推定に関して説明した現象と同様に、ＳＯＨの推定は、推定手順のドリフトを軽減するためにリセットフェーズを必要とする。このようなリセットは、通常、電池の完全放電に続いて完全充電を行い、電池が完全に充電され、バランスがとられた状態に到達したリセットの時刻ｔｒまでに電池に供給された総電荷（アンペア−時間）Ａｈ（ｔｒ）を取得することによって行われる。この測定により、以下の式によって、時刻ｔｒにおける電池の健康状態ＳＯＨ（ｔｒ）を算出することができる。
ＳＯＨ（ｔｒ）＝Ａｈ（ｔｒ）／Ａｈ（ｔｉ）  
ここで、Ａｈ（ｔｉ）は、同じ電池が新品の状態で同じ充電条件下で受け取った総電荷（アンペア−時間）である。
【０００８】
このように、この手法は、電池の完全な放電及び完全な再充電が必要であるため、充電状態ゲージをリセットすることによって導出される推定と同様の制約を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の主な目的は、従来の技術の課題を解決し、電池の充電状態及び／又は健康状態を推定するソリューションを提案することである。
【００１０】
詳しくは、本発明の目的は、推定の精度を改善すると共に、推定を容易に行うことができる、電池の充電状態及び／又は健康状態を推定するためのソリューションを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の課題に鑑み、本発明に係る電池の充電状態を評価する方法は、
−第１及び第２の充電状態のレベルの間で電池の充電又は放電を行うステップと、
−充電又は放電の間に電池の端子間の電圧を測定するステップと、
−電圧の時間導関数を評価するステップと、
−充電状態の既知の予め定義された実際値に対応する時間導関数の少なくとも１つの特定点を検出するとを有する。
【００１２】
本発明に係る方法は、充電状態を推定するための推定アルゴリズムによって電池の充電状態を推定する少なくとも１つの推定フェーズと、推定フェーズの間に実行され、推定アルゴリズムをリセットする少なくとも１つのリセットフェーズとを有する、電池の充電状態を評価する方法において、リセットフェーズは、
−例えば、上述した方法によって、導関数の特定点が検出される時点に対応する所与の時点で電池の充電状態の実際値を検出するステップと、
−所与の時点において、充電状態の実際値によって推定アルゴリズムをリセットするステップとを有する。
【００１３】
電池の端子間の電圧の時間導関数の曲線の特定点を検出するステップは、曲線の最大値又は最小値の検出を含んでいてもよい。
【００１４】
充電状態の実際値を検出する際、電圧の時間導関数を評価するステップは、電圧の時間導関数を瞬間的に推定するステップと、推定した導関数を円滑化するステップとを含んでいてもよい。
【００１５】
円滑化のステップは、導関数の移動窓における平均を算出するステップを含んでいてもよい。
【００１６】
電池の充電状態を評価する方法は、電池の充電状態がリセットフェーズの実行を許容できる範囲にあるか否かを検出する検出ステップを更に有していてもよい。
【００１７】
電池の充電状態を評価する方法は、電池が完全に放電されたとき、電池の健康状態を推定するためのアルゴリズムをリセットするフェーズを実行するステップを更に有していてもよい。
【００１８】
電池の健康状態を推定するためのアルゴリズムをリセットするフェーズは、
−電池を充電するステップと、
−充電の開始から電池に供給された電荷を推定するステップと、
−電池の端子間の電圧の時間導関数を観察し、導関数の少なくとも１つの特定点を判定するステップと、
−特定点に到達するまで、電池に供給された総電荷に基づいて、健康状態を推定するためのアルゴリズムをリセットするステップとを含んでいてもよい。
【００１９】
電池の充電状態を評価する方法は、電池の温度を測定するステップと、電池の温度が基準温度値に対してプラスマイナス２０％の範囲内にない場合、電池を冷却又は加温するステップとを更に有していてもよい。
【００２０】
電池の充電状態を評価する方法は、電池の複数のサブアセンブリの充電状態の分散を推定するステップと、分散が閾値を超えている場合、充電状態のバランスをとるステップとを有していてもよく、バランスをとるステップは、実際値を検出する前に行われる。
【００２１】
電池の充電状態を評価する方法は、チタン酸リチウムマンガンタイプの１つ以上の基本電池から構成される電池の充電状態を評価するステップを有し、電池の充電によるリセットフェーズは、充電状態が４０％未満の場合、又は充電状態が５６乃至６０％の場合に許可され、リセットフェーズのリセットステップは、電池の１５乃至３０℃の間の温度において、５０乃至６０％又は５３乃至５６％の充電状態値を、電池の端子間の電圧の時間導関数の曲線の最大点Ｐｍａｘに関連付け、このとき時間導関数の値は、１０乃至１３Ｖ．ｓ−１又は１１乃至１２Ｖ．ｓ−１であり、６０乃至６５％の充電状態値を曲線の最小点Ｐｍｉｎに関連付け、このとき時間導関数は、４乃至５Ｖ．ｓ−１の値である。
【００２２】
電池の充電状態を評価する方法は、チタン酸リチウムマンガンタイプの１つ以上の基本電池から構成される電池の充電状態を評価するステップを有し、電池の充電によるリセットフェーズは、充電状態が４０％又は５０％を超える場合に許可され、リセットフェーズのリセットステップは、電池の１５乃至３０℃の間の温度において、３２乃至３５％又は３０乃至３６％の充電状態値を、電池の端子間の電圧の時間導関数の曲線の最大点Ｐｍａｘに関連付け、このとき時間導関数の値は、−５．５乃至−４．５Ｖ．ｓ−１であり、４０乃至４６％の充電状態値を曲線の最小点Ｐｍｉｎに関連付け、このとき時間導関数は、−１０乃至−８Ｖ．ｓ−１の値である。
【００２３】
電池の充電状態を評価する方法は、充電フェーズ又は放電フェーズにおいて、電池の端子間の電圧の時間導関数の曲線の少なくとも一部をプロットし、曲線の少なくとも１つの特定点を検出し、少なくとも１つの特定点に関連する充電状態を測定するステップを含む事前の較正ステップを有していてもよい。
【００２４】
電池の充電状態を評価する方法は、１つの同じ電池パックの複数の基本電池について、充電状態の評価を実行してもよい。
【００２５】
本発明は、更に、電池と、電池に接続されたプロセッサとを備え、プロセッサは、上述した方法に基づいて、電池の充電状態を評価するシステムに関する。
【００２６】
このシステムは、電池の温度を検出する少なくとも１つのセンサと、電池の端子間の電圧及び／又は電流を検出する少なくとも１つのセンサと、これらのセンサの測定値をプロセッサに供給する通信のためのデバイスとを更に備えていてもよい。
【００２７】
電池は、チタン酸リチウムマンガン電池であってもよい。
【００２８】
電池を管理するためのシステムは、上述した電池の充電状態を評価する方法を実現及び実行する少なくとも１つのプロセッサを備える。
【００２９】
本発明は、更に、上述した電池の充電状態を評価する方法を実現及び実行するコンピュータプログラムコード手段を含む記録されたコンピュータプログラムが格納された、管理ユニットによって読取可能なコンピュータ媒体に関する。
【００３０】
本発明のこれらの目的、特徴及び利点は、限定を意図しない添付の図面を参照する以下の特定の実施形態の説明によって明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に基づく電池の充電状態及び／又は健康状態の推定方法のリセットフェーズを概略的に示す図である。
【図２】例示的な電池の経年劣化の状態における電池の端子間電圧の時間導関数の充電フェーズ間の変化を充電状態の関数として示す図である。
【図３】例示的な電池の経年劣化の状態における電池の端子間電圧の時間導関数の充電フェーズ間の変化を充電状態の関数として示す図である。
【図４】例示的な電池の経年劣化の状態における電池の端子間電圧の時間導関数の充電フェーズ間の変化を充電状態の関数として示す図である。
【図５】例示的な電池の経年劣化の状態における電池の端子間電圧の時間導関数の充電フェーズ間の変化を充電状態の関数として示す図である。
【図６】例示的な電池の経年劣化の状態における電池の端子間電圧の時間導関数の放電フェーズ間の変化を充電状態の関数として示す図である。
【図７】例示的な電池の経年劣化の状態における電池の端子間電圧の時間導関数の放電フェーズ間の変化を充電状態の関数として示す図である。
【図８】例示的な電池の経年劣化の状態における電池の端子間電圧の時間導関数の放電フェーズ間の変化を充電状態の関数として示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の有利な実施形態に基づく電池の充電状態を推定する方法は、推定手順が実行される推定フェーズを有し、この推定フェーズは、リセットステップによって中断される。これらのリセットステップにより、正確な充電状態値に基づいて、推定フェーズの間に実行される演算をリセットすることができ、例えば、電池の経年劣化及びセンサによって実行される測定のドリフト、特に温度によるドリフトを考慮に入れて、推定フェーズの間に使用されるアルゴリズムによって実行される演算のパラメータを修正し、及びパラメータの値を更新することができる。この更新又は補償は、従来の技術について説明した手法と同様に実行される。
【００３３】
なお、後に詳細に説明するリセットフェーズによって、電池の経年劣化に関わらず、従来のソリューションに比べてより単純でより制約がない手法で、電池の充電状態に関する少なくとも１つの正確で信頼できる値が得られる。この手法によって、従来の手法より頻繁にリセットフェーズを実行でき、電池の充電状態の推定の精度を全体的に改善することができる。この頻度は、充電状態の推定の精度の高さと、充電状態を推定する方法全体の単純さとの最適な妥協点に基づいて決定することができる。また、より単純で、ロバスト性が低い充電状態推定アルゴリズムを選択することもでき、この性能の低下は、リセットフェーズを増やすことによって補償される。
【００３４】
以下、実施形態に基づく電池の充電状態の推定をリセットするフェーズを説明する。このリセットフェーズでは、充電時における電池の端子間の電圧の時間導関数の変化を観察する必要がある。
【００３５】
図２〜図５は、電池の経年劣化の様々な状態、詳しくは、それぞれ電池の３４００サイクル、５８００サイクル、８２５０サイクル及び１６９００サイクルの充電／放電後におけるチタン酸リチウムマンガン電池パックの端子間の電圧の時間導関数の変化を、この電池パックの充電状態の関数として示す曲線３、５、７、９を例示的に示している。これらの曲線は、電池の充電フェーズの間にプロットされている。マイクロサイクルは、２５％の放電深さの部分的な充電、すなわち、充電状態ＳＯＣの５５％から８０％までの充電に対応する。なお、電池は、１６９００のマイクロサイクルの後、能力の６％を失った。
【００３６】
これらの曲線３、５、７、９は、以下のステップによって得ることができる。
−電池の完全放電状態に基づいて、標準条件下で電池を充電する。
−この充電の間、測定センサを用いて、０．２Ｈｚの頻度で、電池の端子間の電圧を測定する。
−電圧の時間導関数を算出し、図２〜図５の各曲線２、４、６、８を得る。
−１５０秒の期間（これは、選択された頻度では、３０個の値に対応する。）の窓における先に取得された電圧の時間導関数の値のスライド平均を算出する。このスライド平均によって、上述した曲線３、５、７、９をプロットでき、曲線２、４、６、８に出現するような、瞬間的評価から得られる振動を回避することができる。
【００３７】
当然、上述したパラメータは、例示的なものであり、このような曲線は、他の充電条件下で取得してもよく及び／又は電池電圧の測定又は推定及びこの電圧の時間導関数の演算において他のパラメータを用いてもよい。望ましくは、この時間導関数をフィルタリングし、生の測定から生じる曲線２、４、６、８を円滑化して曲線３、５、７、９を取得する。ここで行われるフィルタリングは、算出された導関数の値を平均化するために、「低域通過」型である。
【００３８】
曲線３、５、７、９に示すように、電圧の時間導関数は、電池の経年劣化の状態に関わらず、類似した形状を示し、特に、１５℃から３０℃の間の電池の温度において、電池の経年劣化から実質的に独立して、それぞれ５４％及び６２％の充電状態値において、最大点Ｐｍａｘ及び最小点Ｐｍｉｎである２つの特定の点を示す。より包括的に言えば、電池の端子間の電圧の時間導関数の曲線の最大点Ｐｍａｘは、充電状態値の５０％と６０％の間、詳しくは、５３％と５６％の間に出現する。更に、電圧の時間導関数の値は、最大点Ｐｍａｘでは、１１．５Ｖ．ｓ−１になり、より包括的には、１０〜１３Ｖ．ｓ−１になり、又は実際には１１〜１２Ｖ．ｓ−１になる。更に、電池の端子間の電圧の時間導関数の曲線の最小点Ｐｍｉｎは、６０〜６５％の間の充電状態値で得られ、電圧の時間導関数の値は、この最小点Ｐｍｉｎでは、４．３Ｖ．ｓ−１、より包括的には、４〜５Ｖ．ｓ−１になる。
【００３９】
この関係は、例えば、直列及び／又は並列接続され、電池パックを形成する複数の基本電池（elementary batteries）を有するより複雑な又はより単純な電池構成においても成立することがわかった。したがって、所与の電池について、電池電圧の時間導関数曲線のこれらの特定点の少なくとも１つを観察することによって、電池の充電状態の値を十分な精度で示すことができ、これを充電状態の実際値であるとみなすことができる。
【００４０】
この精度は、基本電池のバランスがとられ、同等な電荷レベルを示す場合に、より十分なものとなる。換言すれば、基本電池の電荷レベルの分散が小さいほど、精度が向上する。
【００４１】
この発見に基づき、電池の充電状態を推定する方法のリセットフェーズにこの原理を適用し、電池の充電の間に電池の端子間の電圧の時間導関数曲線を推定し、及びこの曲線の少なくとも１つの特定点の判定し、ここから電池の充電状態の実際値を正確に導出することができ、これによって、リセットフェーズ外で使用される電池の充電状態を推定するモデルをリセットすることができる。
【００４２】
充電状態の実際値の概念は、充電状態を算出するためのアルゴリズムによって算出される値である充電状態の推定値と対照的に定義される。算出アルゴリズム又は推定アルゴリズムは、物理量の値、例えば、電池の端子間の電圧を用いて、充電状態の推定値を算出する。これに対し、充電状態の特定の実際値は、特徴的物理現象を検出することによって得られ、これによって、上述した特徴的物理現象の検出の瞬間において、充電状態の瞬間的な値を、既知の値に確実に等しくすることができる。
【００４３】
図１は、例えば、チタン酸リチウムマンガン電池技術によって構成された電池パックに適用される、本発明の実施形態に基づく電池の充電状態を推定する方法のリセットフェーズのステップを示している。
【００４４】
第１のステップＥ２では、方法は、リセット前のため不完全であっても、充電状態ゲージによる推定によって、又は他の何らかの手段によって、例えば電池の充電状態を表すことができる電池の電気化学的システムの無負荷電圧測定に基づいて、電池の充電状態ＳＯＣがリセットフェーズを実現するための許容範囲内にあるかを確認する。実際には、充電状態ＳＯＣは、電圧導関数曲線の顕著な点の１つに到達できる位置にある必要がある。この具体例では、この範囲は、ＳＯＣ＜４０％によって定義され、これによって、電池の次の充電の間に電圧の導関数曲線の最大のＰｍａｘを検出する能力が保証される。変形例として、この範囲は、曲線の最小点Ｐｍｉｎを検出する目的で、５６〜６０％としてもよい。このステップＥ２において所定の条件が満たされない場合、リセットフェーズは、実行されない。
【００４５】
ステップＥ４では、方法は、電池の温度を測定し、この温度を通常、周囲温度、例えば、約２０℃の近くであり、望ましくは１５〜３０の℃である基準温度と比較する。この温度が基準温度より高い場合、電池が実質的に基準温度になるまで、又はこの基準温度から２０％以内の温度になるまで、電池の冷却ステップＥ６を実行することが望ましい。また、電池の温度が低すぎる場合、電池の加温を行ってもよい。
【００４６】
更に、ステップＥ５において、方法は、電池のサブアセンブリの充電状態の分散を測定するステップを実行する。したがって、方法は、各サブアセンブリを個別に測定するゲージによって得られる各サブアセンブリの充電状態を比較する。この比較は、得られた値の分散を測定することができる統計的演算に基づくことができる。分散が特定の閾値を越えている場合、バランシングステップＥ７を実行し、電池の全てのサブアセンブリの充電状態を実質的に同一にする。このバランシングは、充電量が最も多いサブアセンブリを放電することを含んでいてもよい。非限定的な具他例として、許容できる分散閾値は、１に固定してもよく、又はサブアセンブリの充電状態のレベルの平均値の数パーセントにしてもよい。
【００４７】
上述したステップＥ４〜Ｅ７によって、電池の初期状態を最良にして、後述する方法の性能を最大化することができる。温度の調整Ｅ４、Ｅ６及び電池のサブアセンブリの充電状態の調整Ｅ５、Ｅ７は、任意の順序で行うことができる。また、これらの調整は、オプションである。例えば、変形例として、説明した２つの調整のうちの１つのみを実行してもよい。
【００４８】
この後、方法は、所定の充電電流、望ましくは定電流で電池を充電するステップＥ８に進む。更に、例えば、大きな負荷を回避することによってこの電池の温度を一定に維持するように充電条件を選択することが望ましい。良好な解決策の例として、製造業者が推奨する標準充電条件を用いてもよい。
【００４９】
電池を充電するこのステップＥ８と平行して、リセットフェーズは、上述と同じ手法によって、電池の端子間の電圧の定期的な測定に基づいて、電圧の時間導関数の変化によって形成される曲線を観察するステップＥ１０を実行する。
【００５０】
この実施形態では、このステップＥ１０は、以下のサブステップを含む。
−所定の頻度で電池の端子間の電圧を測定するステップＥ１２
−例えば、移動窓に亘る平均に基づいて、この電圧の時間導関数を推定するステップＥ１４
−この時間導関数から得られる曲線の特定点を検出するステップＥ１６
電圧の時間導関数を推定するステップＥ１４は、上述した手順によって実行することができる。
【００５１】
この特定点Ｅ１６を検出するステップは、既知の如何なる数学的処理又は演算によって実行してもよい。この特定点は、好ましくは、観察される曲線の特定の部分における最大点又は最小点であり、この発見は、この点の両側の曲線の傾斜の変化の検出によって行うことができる。この特定点が判定されると、方法は、電池の充電状態の対応する値を導出し、推定演算をリセットする最後のステップＥ２０を実行し、このリセットは、従来と同様の手法で行われるため、本発明は、最後のステップには、特に関係しない。
【００５２】
上述したステップＥ８及びＥ１０は、実際に電池の充電状態の所定の値を検出する方法に対応し、本発明に関係する。
【００５３】
なお、この実施形態に基づく充電状態を推定する方法は、事前の較正ステップＥ０を含んでいてもよく、これによって、基準温度及び選択された充電条件、好ましくは標準条件における充電の間に電池電圧の時間導関数曲線の特定点を判定することができる。この較正ステップＥ０によって、電池の充電状態の値をこれらの特定点に対応付けることができる。このステップは、例えば製造業者によって、新品の各電池の使用前に行ってもよく、電池の種類全体に対して行ってもよく、又は、ユーザが、必ずしも新品ではない電池に対して行ってもよい。
【００５４】
上述した方法は、想定された目的を達成し、及び充電状態を推定するこの方法のリセットフェーズのために、電池の完全な充電／放電、完全なリセットフェーズを行う必要がないという利点を有し、検出すべき特定点に近い電池の初期状態で、リセットフェーズを実行し、リセットフェーズを終了することができるため、電池を充電する際の短い期間で動作することができる。このように、リセットフェーズは、制約が小さい。
【００５５】
また、本発明は、ハードウェア手段及び／又はソフトウェア手段と、少なくとも１台のプロセッサとを備え、電池管理方法、詳しくは、上述した充電状態の推定及びリセットフェーズを実行する管理システムに関連付けられる電池に関する。この管理システムは、特に、物理量の温度、電流、電圧等の算出、測定及び／又は推定のステップを行う。この電池管理システムは、電池の構造内に統合してもよく、統合しなくてもよい。好ましくは、電池は、電池の温度を測定するための少なくとも１つの温度センサと、少なくとも１つの電圧測定センサとを備え、これらのセンサは、プロセッサに通信可能に接続されている。管理システムは、更に、この方法の様々なステップにおいて測定され及び／又は算出される値の全部又は一部を保存するメモリを備える。
【００５６】
以上、電池の充電状態を最良に推定する実施形態について説明した。電池パックアーキテクチャを有する電池の場合、電池パック全体の充電状態を推定してもよく、及び／又は電池パックの基本電池若しくは任意のサブアセンブリについての充電状態を推定して、サブアセンブリ間の分散を検出してもよい。
【００５７】
電池の完全放電状態に基づいて、リセットフェーズが実現される場合には、電池の健康状態ＳＯＨを推定する方法をリセットするフェーズと同様の手法を実行してもよい。電池の健康状態は、Ｃｒｅｆと呼ばれる電池の基準容量（reference capacity）に基づいて定義される。この基準容量は、電池が最初に充電された後、放電の間に放出できる電荷の最大量を表す。すなわち、これは、標準条件（電流の負荷又はプロファイル、温度、充電／放電の終了の基準）の下で実行される充電及び放電を考慮することによって定義される。電池の効率は、経年劣化によって低下するため、この基準容量は、時間とともに減少する。すなわち、初期の電池の基準容量をＣｒｅｆ（ｔ０）とし、時刻ｔにおける基準容量をＣｒｅｆ（ｔ）とすると、時刻ｔにおける電池の健康状態ＳＯＨ（ｔ）は、以下の式によって定義される。
ＳＯＨ（ｔ）＝Ｃｒｅｆ（ｔ）／Ｃｒｅｆ（ｔ０）
電池の健康状態をリセットするフェーズは、電池の放電状態と、リセットの時刻ｔｒにおいて既知である特定点に対応する電池の中間状態との間に電池に供給された電荷Ａｈ（ｔｒ）を測定するステップＥ２２を有する。
【００５８】
この同じ測定は、電池が新品の状態で、例えば、較正ステップの間に行われ、これによって、電池が新品の状態における同じ特定点までに電池に供給された電荷Ａｈ（ｔ０）を測定及び保存することができる。
【００５９】
これらの演算に基づいて、方法は、以下の式に基づいて、時刻ｔｒにおける電池の健康状態の実際値を導出する。
ＳＯＨ（ｔｒ）＝  Ａｈ（ｔｒ）／Ａｈ（ｔ０）
この実際値は、健康状態を算出するために、アルゴリズムのリセットステップＥ２４で使用される。
【００６０】
健康状態を推定するためのアルゴリズムをリセットするこのフェーズは、充電状態を推定する方法のフェーズの一部として統合されていてもよく、区別され独立していてもよい。
【００６１】
上述したリセットフェーズは、電池の部分的な充電を用いて実行される。変形例として、電池の部分的な放電と共に同様のステップを実行してもよい。
【００６２】
実際、図６〜図８は、それぞれ、電池の経年劣化の様々な状態、具体的には、３４００サイクル、８０００サイクル、１６９００サイクルの充電／放電の後のチタン酸リチウムマンガン電池の電池パックの端子間の電圧の時間導関数の変化を、この電池パックの充電状態の関数として示す曲線１３、１５、１７を例示的に示している。これらの曲線は、上述した曲線３、５、７、９とは異なり、電池の放電フェーズの間の変化を示すものである。
【００６３】
これらの曲線１３、１５、１７は、上述した曲線３、５、７、９と同様の手法で、但し、電池の完全に充電された状態から、放電の過程で取得することができる。望ましくは、これらの曲線は、瞬間的な測定から生じる曲線１２、１４、１６に関して円滑化された曲線を取得するためにフィルタリングされた時間導関数を表す。
【００６４】
曲線１３、１５、１７は、電池の経年劣化の状態に関わらず、電圧の時間導関数が同様の形状を示し、詳しくは、１５℃から３０℃の間の電池の温度において、電池の経年劣化から実質的に独立して、それぞれ３０％及び５０％の充電状態の値において、最大点Ｐｍａｘ及び最小点Ｐｍｉｎである２つの特定の点を示す。より包括的に言えば、電池の端子間の電圧の時間導関数の曲線の最大点Ｐｍａｘは、充電状態値の３０％と３６％の間、詳しくは、３２％と３６％の間に出現する。更に、電圧の時間導関数の値は、最大点Ｐｍａｘでは、−５Ｖ．ｓ−１になり、より包括的には、−５．５〜−４．５Ｖ．ｓ−１になる。更に、電池の端子間の電圧の時間導関数の曲線の最小点Ｐｍｉｎは、４０〜４６％の間の充電状態値で得られ、電圧の時間導関数の値は、この最小点Ｐｍｉｎでは、−１０〜−８Ｖ．ｓ−１になる。
【００６５】
このように、上述した電池の充電状態を評価する方法は、充電ステップＥ８を放電ステップＥ８に置き換えることによって、非常に類似した手法で実行できることは明らかである。但し、この手法では、特定点Ｐｍａｘ及びＰｍｉｎが異なり、したがって、上述と同様に、これらの異なる特定点を検出する必要がある点を考慮する必要がある。
【００６６】
したがって、リセットフェーズの実現のための電池の充電状態ＳＯＣが許容範囲内にあるかを確認する第１のステップＥ２において、許容範囲は、ＳＯＣ＜５０％と定義することが望ましい。
【００６７】
更に、より包括的には、２つの既知のＳＯＣレベルの間でＡｈにおける電荷を評価することによって、充電又は放電の間にＳＯＨをリセットしてもよい。このように、充電フェーズにおいて、０％の充電状態ＳＯＣと、「充電中の」特定点のＳＯＣ（例えば６０％）との間でＡｈにおける電荷を推定することによって、又はこの特定点と、１００％の充電状態ＳＯＣとの間でＡｈにおける電荷を推定することによって、ＳＯＨをリセットすることができる。同様に、放電の間、Ａｈにおける充電を推定することによって、１００％の充電状態ＳＯＣと「放電中の」特定点のＳＯＣとの間で又はこの特定点と、０％の充電状態ＳＯＣとの間でＡｈにおける充電を推定することによって、ＳＯＨをリセットすることができる。上述したように、現在のＳＯＨは、２つの既知のＳＯＣレベルの間の電荷Ａｈ（ｔｒ）と、電池の新品状態における同じＳＯＣレベル間の電荷Ａｈ（ｔ０）との間の比率によって得られる。
【図１】
2016531270.tif 000003
【図２】
2016531270.tif 000004
【図３】
2016531270.tif 000005
【図４】
2016531270.tif 000006
【図５】
2016531270.tif 000007
【図６】
2016531270.tif 000008
【図７】
2016531270.tif 000009
【図８】
2016531270.tif 000010
【国際調査報告】
2016531270.tif 000011
2016531270.tif 000012
2016531270.tif 000013
2016531270.tif 000014