(57)【要約】  本発明は、少なくとも２つのバッテリーモジュールを含むバッテリーシステムのバッテリーモジュールに関し、各バッテリーモジュールは、上記バッテリーモジュールにおける各二次電池（１４）についての少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設計されたモジュール監視ユニット（１３）を備えている。各バッテリーモジュールについての性能に関するパラメータは、それぞれのモジュール監視ユニット（１３）のメモリーに保存されている。本発明はさらに、バッテリーパックを監視するバッテリー監視ユニット（１１）で構成されるバッテリーパックを含む電力貯蔵システム及び前記バッテリーパックのモジュールシステムに関し、前記バッテリーパックは少なくとも２つの交換可能なバッテリーモジュールを含む。前記電力貯蔵システムはスーパーコンデンサモジュール又はウルトラコンデンサモジュールをさらに含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのバッテリーモジュールを含むバッテリーシステムのバッテリーモジュールであって、各バッテリーモジュールは、上記バッテリーモジュールにおける各二次電池（１４）についての少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設計されたモジュール監視ユニット（１３）を備え、各バッテリーモジュールについての性能に関するパラメータが、それぞれのモジュール監視ユニット（１３）のメモリーに保存されることを特徴とする、バッテリーモジュール。
【請求項２】
前記バッテリーモジュール監視ユニット（１３）が、前記バッテリーモジュールについての少なくとも１つの性能関連パラメータを決定するように設計されるプロセッサを備える、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項３】
前記バッテリーモジュールについての少なくとも１つの性能関連パラメータの履歴が、前記モジュール監視ユニット（１３）のメモリー内に保存される、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項４】
前記プロセッサが、前記バッテリーモジュールにおける各二次電池（１４）についての少なくとも１つの性能関連パラメータを決定するように設計される、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項５】
前記バッテリーモジュールにおける各二次電池（１４）についての少なくとも１つの性能関連パラメータが、前記モジュール監視ユニット（１３）のメモリーに保存される、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
【請求項６】
前記バッテリーパックを監視するバッテリー監視ユニット（１１）を含むバッテリーパックを有する電力貯蔵システムであって、上記バッテリーパックは、少なくとも２つの交換可能なバッテリーモジュール（１２）を含み、各バッテリーモジュール（１２）は、少なくとも２つの二次電池（１４）を含み、上記バッテリー監視ユニット（１１）が、各バッテリーモジュールについての少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設計されており、各バッテリーモジュール（１２）は、上記バッテリー監視ユニット（１１）と通信するように設計され、各バッテリーモジュール（１２）は、該バッテリーモジュールにおける各二次電池（１４）についての少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設計されたモジュール監視ユニット（１３）を備え、また、各バッテリーモジュールについての少なくとも１つの性能関連パラメータは、それぞれのモジュール監視ユニット（１３）のメモリーに保存されることを特徴とする、システム。
【請求項７】
全バッテリーモジュール（１２）についての少なくとも１つの性能関連パラメータの履歴が、バッテリー監視ユニット（１１）のメモリーに保存されることを特徴とする、請求項６に記載の電力貯蔵システム。
【請求項８】
各バッテリーモジュール（１２）についての少なくとも１つの性能関連パラメータの履歴が、それぞれのモジュール監視ユニット（１３）のメモリーに保存される、請求項６又は７に記載の電力貯蔵システム。
【請求項９】
前記バッテリーモジュール（１２）における各二次電池（１４）についての少なくとも１つの性能関連パラメータが、それぞれのモジュール監視ユニット（１３）のメモリー内に保存される、請求項６〜８のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
【請求項１０】
少なくとも１つの性能関連パラメータが、各モジュール監視ユニット（１３）によって測定されるように設計され、該パラメータは、上記バッテリー監視ユニット（１１）に伝送され、また、バッテリー監視ユニット（１１）における各モジュール監視ユニット（１３）について決定された上記少なくとも１つの性能関連パラメータが、それぞれのモジュール監視ユニット（１３）に伝送され、該ユニットに保存されるように設計される、請求項６〜９のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
【請求項１１】
各モジュール監視ユニット（１３）は、バッテリーモジュールについての少なくとも１つの性能関連パラメータを決定するように設計されたプロセッサを備える、請求項６〜９のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
【請求項１２】
前記プロセッサが、前記バッテリーモジュールにおける各二次電池（１４）についての少なくとも１つの性能関連パラメータを決定するように設計される、請求項１１に記載の電力貯蔵システム。
【請求項１３】
少なくとも１つの性能関連パラメータが、測定及び／又は決定されて、各モジュール監視ユニット（１３）に保存され、さらに、バッテリー監視ユニット（１１）に伝送され、保存されるように設計されることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の電力貯蔵システム。
【請求項１４】
各モジュール監視ユニット（１３）が、各二次電池についての性能関連パラメータを測定するように設計された少なくとも１つのセンサーに接続されることを特徴とする、請求項６〜１３のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
【請求項１５】
前記モジュール監視ユニット（１３）が、各二次電池についての少なくとも電圧及び温度を測定するためのセンサーを備える、請求項１４に記載の電力貯蔵システム。
【請求項１６】
前記電力貯蔵システムが、スーパーコンデンサモジュール又はウルトラコンデンサモジュールをさらに含むことを特徴とする、請求項６〜１５のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
【請求項１７】
前記バッテリー監視ユニットが、前記スーパーコンデンサモジュール又はウルトラコンデンサモジュールと、前記バッテリーモジュールの両方を監視するのに適していることを特徴とする、請求項１６に記載の電力貯蔵システム。
【請求項１８】
各々が、少なくとも２つの取替え可能で、相互交換可能なバッテリーモジュール（１２）を含むバッテリーパックのモジュール式システムであって、各バッテリーモジュール（１２）が、少なくとも２つの二次電池（１４）を含み、各バッテリーパックは、各バッテリーモジュールについての少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設計されたバッテリー監視ユニット（１１）を含んでおり、各バッテリーパックにおける各バッテリーモジュール（１２）は、バッテリーモジュール（１２）及び／又は該バッテリーモジュール内の各二次電池（１４）についての少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設計されたモジュール監視ユニット（１３）を備え、各バッテリーモジュール（１２）についての上記性能関連パラメータは、それぞれのモジュール監視ユニット（１３）のメモリーに保存され、また、交換バッテリーモジュールは、上記バッテリーパックに接続されると、少なくとも１つの性能関連パラメータをバッテリー監視ユニット（１１）に伝送するように設計されることを特徴とする、システム。
【請求項１９】
バッテリーパックから切断された交換バッテリーモジュール（１２）は、バッテリーモジュール（１２）の再調整操作中に、バッテリーモジュール（１２）及び二次電池（１４）の状態を決定するために、さらに別のバッテリー監視ユニット（１１）に少なくとも１つの性能関連パラメータを伝送するように設計される、請求項１８に記載のバッテリーパックのモジュール式システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陸上車若しくは水上輸送船を駆動するように設計された少なくとも１つの定置型電気モータ又は少なくとも１つの電気モータを作動させるための電力貯蔵システムの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
陸上車又は水上輸送船を駆動するように設計された少なくとも１つの定置型電気モータ若しくは少なくとも１つの電気モータを作動させるための電力貯蔵システムは、往々にして、直列接続二次電池のバッテリーパックを含むことが多い。
【０００３】
例えば、１つ以上の二次電池から形成される個々のバッテリーモジュールは、同じ電気容量ではない可能性があり、製造及びその他の分散のために、電気容量にある程度の偏差が起こりうる。バッテリーモジュール又は二次電池の電気容量の正常分布を考慮すると、バッテリーパックにおいて最も弱い電池又はバッテリーモジュールが、バッテリーパックの制限要因となって、全体効率を低下させる可能性がある。１つの二次電池又はバッテリーモジュールが故障すると、システムは、所望の電力出力を供給できず、完全に故障するおそれすらある。このようなことが起こった場合、往々にしてバッテリーパック全部を交換する必要があるため、修理費用が高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、バッテリーパックのバッテリーモジュール、並びに改善された監視装置を備える少なくとも１つの該バッテリーパックを含む電力貯蔵システムを提供することである。本発明の別の目的は、上記バッテリーモジュールの再調整を容易にするための手段を備えたバッテリーパックのバッテリーモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題は、バッテリーパックのバッテリーモジュール、並びに添付の請求の範囲に記載される該バッテリーパックを含む電力貯蔵システムによって解決される。
【０００６】
本発明は、バッテリーパック及び電力貯蔵システムのバッテリーモジュールに関し、該システムは、１つ以上の電気モータを駆動するための少なくとも１つのバッテリーパック及び／又は該少なくとも１つの電気モータに関連する電動式付属品を含む。例えば、電力貯蔵システムは、陸上車又は水上輸送船を駆動するために設計された少なくとも１つの定置型電気モータ又は少なくとも１つの電気モータを作動させるように設計される。こうした車両又は船は、電力によって、あるいはハイブリッド駆動装置の使用によって推進でき、該ハイブリッド駆動装置は、バッテリーパックのほかに１つ以上の電源、例えば、燃料電池装置、又は、好適な気体燃料若しくは液体燃料を用いて作動する内燃機関を含む。上記の追加電源を用いて、車両を直接駆動してもよいし、あるいは、電力を少なくとも１つのモータに供給する発電機を駆動し、且つ／又は少なくとも１つのバッテリーパックを補充若しくは充電してもよい。車両又は船の場合には、上記電力貯蔵システムは、補助装置又はその他の搭載システムを駆動するための電力を供給することも可能である。
【０００７】
電力貯蔵システムは、直列又は並列で接続された少なくとも２つのバッテリーモジュールを含む少なくとも１つのバッテリーパックを含んでよい。予め定めた電圧を供給するために、設定した数のバッテリーモジュールを直列で接続してもよい。バッテリーモジュールの数に応じて、多数のバッテリーモジュールを並列で接続することにより、電力出力を増大させることができる。各バッテリーモジュールは、少なくとも２つの二次電池を含みうる。該二次電池は、直列で接続できるが、並列で接続してもよい。バッテリーモジュールについては、設定した数の二次電池を直列で接続することにより、予め定めたバッテリーモジュール電圧を供給することもできる。同様に、複数の二次電池を並列で接続することによって、バッテリーモジュールからの電力出力増大が可能になる。多数のバッテリーモジュールは、１つ以上の電気モータ及び／又は該少なくとも１つの電気モータに関連する電動式付属品に電力を供給するように構成される。同じ又は異なる電圧レベルを用いて、少なくとも１つの電気モータ及び上記付属品を作動させることができる。
【０００８】
バッテリーモジュール当たりの電池の数、バッテリーパック当たりのバッテリーモジュールの数、並びに二次電池及び／又はバッテリーモジュールの相対直列及び／又は並列接続は、必要な出力電力、並びに意図するバッテリーパックの用途によって決定される。例えば、決定要因は、電気モータ又は電気システムに好適な電圧（例えば、１２、３２若しくは６４ボルト）を供給するのにバッテリーパックが必要かどうかである。二次電池及び／又はバッテリーモジュールの数もまた、使用する二次電池のタイプに応じて異なる。再充電可能な二次電池の種類の好適な例としては、リチウム電池（リチウムイオン）、ニッケル水素充電池（ＮｉＭＨ）、ニッケルカドミウム電池（ＮｉＣｄ）又はリチウムイオンポリマー電池（リチウムイオンポリマー）がある。
【０００９】
上記バッテリーパックはまた、バッテリー監視ユニット、すなわちＢＭＵも含み、該ユニットは、複数のバッテリーモジュールの各々に接続される。複数のバッテリーモジュールの各々は、モジュール監視ユニット、すなわちＭＭＵを含み、該ユニットは、バッテリーモジュールの少なくとも１つの性能関連パラメータ及び／又は該モジュールにおける二次電池を監視するように構成される。性能関連パラメータの例を非制限的に挙げるならば、充電状態（ＳＯＣ）、正常状態（ＳＯＨ）、放電深度（ＤＯＤ）、出力電圧、温度、内部抵抗及びインピーダンスである。例えば、予備非常用動力装置などの用途では、ＳＯＣは、要求されると、バッテリーパックが所望の負荷を支持できるか否かの示度を与える。ＳＯＨの示度は、問題の予想、故障診断の実施又は構成部品の交換の計画を実施する上で役立つものである。電気自動車に用いる場合には、要求されたときの所望の範囲を達成する能力が最も重要である。従って、ＳＯＨは、電流容量と、新しいバッテリーの電流容量との比較に基づくものであってよい。
【００１０】
あるいは、ハイブリッド電気自動車に用いる場合には、指定電力を供給する能力が最も重要である。従って、ＳＯＨは、現在のＤＣ抵抗（すなわち１ｋＨｚインピーダンス）と新しいバッテリーのＤＣ抵抗（すなわち１ｋＨｚインピーダンス）の比較に基づくものであってよい。
【００１１】
ＳＯＨの値を決定するために、バッテリー監視ユニットは、該ユニットの管理下での二次電池、バッテリーモジュール若しくはバッテリーパックのＳＯＨを評価し、メモリーに保存する。次に、ＳＯＨを閾値と比較して、所与の用途に対するバッテリーパックの適合性を決定する。これは、バッテリーパック又はバッテリーモジュールを用いる用途によって実施できる。所与のバッテリーパック又はバッテリーモジュールのＳＯＨ及び所与の用途のＳＯＨ閾値を認識して、現在のバッテリー状態が該用途に適したものにするかどうか決定できる。次に、上記用途におけるバッテリーモジュール又は二次電池の有効寿命を推定できる。
【００１２】
ＳＯＨは、特定の物理性に対応しているわけではないため、当業界では、いかにしてＳＯＨを決定すべきかについてのコンセンサスはない。バッテリー監視ユニットの設計者は、以下のパラメータのいずれかを用いて（単独又は組み合わせて）、ＳＯＨの任意の値を導き出してもよい。
・内部抵抗／インピーダンス／伝導率
・容量
・電圧
・漏れ（自己放電）
・充電の受け入れ能力
・充電／放電サイクルの数
・動作時間
・暦時間
【００１３】
加えて、バッテリー監視ユニットの設計者は、ＳＯＨ値に対する各パラメータの寄与について任意の重みを定めることができる。
【００１４】
使用時間に従って有意に変化するパラメータ、例えばバッテリーモジュール又は二次電池インピーダンス又は伝導度のいずれも、二次電池及び／又はバッテリーモジュールのＳＯＨの示度をもたらす基礎として用いることができる。これらパラメータに対する変化は、一般に、ユーザーにとって、より重要となりうる別の変化が起こったことを意味するものである。こうした変化は、外部バッテリーパック性能に対する変化、例えば、動作中の定格容量の喪失又は温度上昇の増大、あるいは腐食などの内部変化である。
【００１５】
ＳＯＨの示度は、新しいバッテリーパックの状態に対し相対的であるため、測定装置は、初期状態の履歴又は少なくとも一連の標準的状態を保存できる。バッテリーモジュール又は二次電池インピーダンスが監視されるパラメータである場合には、上記装置は、基準としてメモリー内に新しい二次電池の初期インピーダンスを保存しなければならない。バッテリーモジュール又は二次電池の充電／放電サイクルのカウントをバッテリーパック使用の尺度として用いる場合には、新しいバッテリーモジュール又は二次電池を基準として用いる。
【００１６】
性能関連パラメータの単一の測定値からバッテリーモジュール又は二次電池のＳＯＨを測定することが可能である。さらに精度を高めるために、複数のバッテリーモジュール又は二次電池パラメータを測定でき、その全てが、バッテリーパックの使用時間に応じて変化するはずである。ＳＯＨの推定値は、上記パラメータの組合せから取得できる。例として、容量、内部抵抗、自己放電、電荷受容性、放電容量及びサイクルカウントがある。絶対読取り値は、関与する二次電池化学に応じて変動しうる。重み付けは、経験や、バッテリーパックが用いられる用途における二次電池化学及び特定のパラメータの重要性に基づいて、個々のパラメータに付加することができる。これらの変数のいずれかが、限界読取り値をもたらす場合には、最終結果に影響が及ぼされる可能性がある。バッテリーパック、バッテリーモジュール又は二次電池は、優れた容量を有するが、内部抵抗が高い可能性がある。この場合、ＳＯＨの推定もそれに応じて低下することになる。バッテリーモジュール又は二次電池が、高い自己放電を有していたり、あるいはその他の化学的欠陥を呈示したりする場合にも、同様の性能低下点が追加される。モジュール又は二次電池について与えられた点数を、新しいモジュール又は二次電池に割り当てられた点数と比較して、ＳＯＨのパーセンテージ結果を取得する。
【００１７】
測定値及びデータ処理には、所望の結果をもたらすマイクロプロセッサが必要である。マイクロプロセッサは、バッテリー監視ユニット又はバッテリー監視ユニット及びモジュール監視ユニットの各々に設置する。自動測定のためには、初期状態、並びに測定及び／又は計算性能関連パラメータの履歴を各バッテリーモジュールのメモリー内に保存して、上記のプロセスを容易にすることができる。保存した履歴は、推定を洗練するのに、より多くのデータが利用可能になるため、学習プロセスにおいて変更できる。ファジィ論理を用いて、保存履歴と測定値を組み合わせることにより、結果の精度を高めることができる。
【００１８】
バッテリー監視ユニットはまた、バッテリーバランサを含んでもよい。バッテリーバランサは、バッテリーモジュール内のより正常な他の二次電池から弱い二次電池へと電力を積極的に移すことができる。該機能はまた、バッテリーパックにおけるバッテリーモジュールにも用いることができる。またバッテリーバランサは、過充電を予防するためのバッテリー調節装置の機能を含んでもよい。
【００１９】
バッテリー監視ユニットは、能動的均衡、並びに温度監視、充電、さらにはバッテリーパックの寿命を最大化するための他の特徴を含んでもよい。バッテリーパックは、直列又は並列のいずれか、若しくは両方で接続された１以上のバッテリーモジュール又は複数の二次電池を含んでもよい。バッテリーパック又はバッテリーモジュールを放電して、二次電池が様々な定格で放出しているとき、各二次電池の電圧は、バッテリーパック又はバッテリーモジュールが完全に放電されると、互いに異なってくる。その後、バッテリーパック又はバッテリーモジュールが充電されて、２本の電線だけを接続している場合には、二次電池の全てが適切に充電できなくなる。なぜなら、二次電池は全て、直列又は並列であるからである。
【００２０】
バッテリーバランサは、二次電池の全てを個別に充電することから、この課題に解決策をもたらす。
【００２１】
前述したように、本発明は、少なくとも２つのバッテリーモジュールを含むバッテリーパックのバッテリーモジュールに関する。各バッテリーモジュールは、バッテリーモジュールにおいて各二次電池の少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設置されたモジュール監視ユニットを備え、各バッテリーモジュールの性能に関するパラメータは、各モジュール監視ユニットのメモリーに保存される。
【００２２】
バッテリー監視ユニットは、複数のモジュール監視ユニットの各々から少なくとも１つの性能関連パラメータを受けるように構成される。バッテリー監視ユニットは、各モジュール監視ユニットにハード配線されても、電気又は光学信号伝送を用いて、バス、構内通信網（ＬＡＮ）などを介して接続されてもよい。しかしまた、赤外線（ＩＲ）、無線周波数（ＲＦ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ラン（ＷＬＡＮ）若しくはその他任意の好適な無線信号伝送手段を用いて、ユニット同士でデータを伝送することもできる。受信したデータに応じて、バッテリー監視ユニットは、測定データを保存データと比較し、さらなる性能関連パラメータを計算し、及び／又はバッテリーモジュール及び／又はバッテリーモジュール内の二次電池のエージングパラメータを計算できる。バッテリー監視ユニットは、メモリー内に受信及び／又は計算データを保存できる。
【００２３】
バッテリー監視ユニット及び各モジュール監視ユニットで用いたメモリーは、データを保存することができ、かつ、外部電源なしで保存データを保持できる非揮発性メモリーであってよい。この目的に適したメモリーとして、フラッシュメモリー、ＥＥＰＲＯＭ、若しくは不揮発性メモリーがある。
【００２４】
各モジュール監視ユニットは、バッテリーモジュールの少なくとも１つの性能関連パラメータを決定するように設置されたプロセッサを備えてもよい。少なくとも１つの性能関連パラメータの現在の値以外に、バッテリーモジュールの測定及び／又は計算された性能関連パラメータの履歴を、モジュール監視ユニットのメモリー又はモジュール監視ユニット及びバッテリー監視ユニットのメモリー内に保存できる。
【００２５】
加えて、バッテリーモジュールにおける各二次電池について少なくとも１つの性能関連パラメータを決定するようにプロセッサを設置することができる。バッテリーモジュールにおける各二次電池について少なくとも１つの性能関連パラメータは、モジュール監視ユニットのメモリー又はモジュール監視ユニット及びバッテリー監視ユニットのメモリー内に保存できる。各バッテリーモジュールにおける二次電池の測定及び／又は計算された性能関連パラメータの履歴を、少なくともモジュール監視ユニットのメモリー内に保存できる。
【００２６】
現在の性能及びエージングに関する少なくとも１つの予め定めた性能関連パラメータをバッテリー監視ユニットによって測定及び／又は受信でき、該ユニットは、少なくとも１つの別のパラメータを計算できる。各モジュールに関して計算されたパラメータは、それぞれのモジュール監視ユニットに伝送できる。測定及び／又は計算された性能関連パラメータは、それぞれ個別のモジュール監視ユニットのメモリーに保存できる。上記メモリーは、現在の性能関連パラメータの値及び／又は測定及び／又は計算された性能関連パラメータの履歴を保存できる。
【００２７】
あるいは、モジュール監視ユニットによって、現在の性能及びエージングに関する、少なくとも１つの予め定めた性能関連パラメータを測定してもよい。次に、各モジュール監視ユニットは、さらなる性能関連パラメータを計算できる。測定及び／又は計算された性能関連パラメータは、それぞれ個別のモジュール監視ユニットのメモリーに保存できる。上記メモリーは、現在の性能関連パラメータの値及び／又は測定及び／又は計算された性能関連パラメータの履歴を保存できる。次に、各モジュール監視ユニットは、少なくとも１つの現在の性能関連パラメータの値及び／又は測定及び／又は計算された性能関連パラメータの履歴をバッテリー監視ユニットに送り返し、該ユニットは上記の値をそのメモリーに保存できる。
【００２８】
いずれの場合にも、少なくとも１つの性能関連パラメータの初期値の比較、その後の値の履歴及び／又は現在値を用いて、各バッテリーモジュール及び／又はその二次電池の現在の状態を決定できる。いずれの場合も、各モジュール監視ユニットが、バッテリーモジュール及び／又はその二次電池の現在の状態並びに履歴の追跡を維持できるようにする。さらに、上記バッテリー監視ユニットは、全バッテリーモジュールの現在の状態及び履歴を監視することもできる。
【００２９】
本発明はさらに、バッテリーパックを監視するバッテリー監視ユニットを含む少なくとも１つのバッテリーパックを備える、電力貯蔵システムに関する。上記バッテリーパックは、少なくとも２つの交換可能なバッテリーモジュールを含んでよく、各バッテリーモジュールは、少なくとも２つの二次電池を含み、該バッテリー監視ユニットは、各バッテリーモジュールについて少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設計される。各バッテリーモジュールは、上記バッテリー監視ユニットと通信するように設計されており、各バッテリーモジュールは、該バッテリーモジュール内の各二次電池について少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設計されたモジュール監視ユニットを備えてもよい。各バッテリーモジュールについて少なくとも１つの性能関連パラメータは、それぞれのモジュール監視ユニットのメモリー内に保存される。
【００３０】
全バッテリーモジュールの測定及び／又は計算された性能関連パラメータの履歴を、バッテリー監視ユニットのメモリー内に保存できる。さらに、各バッテリーモジュールについての測定及び／又は計算された性能関連パラメータの履歴を、それぞれのモジュール監視ユニットのメモリー及び／又は上記バッテリー監視ユニットのメモリー内に保存してもよい。
【００３１】
バッテリーモジュール内の各二次電池についての少なくとも１つの性能関連パラメータを、それぞれのモジュール監視ユニットのメモリー及び／又はバッテリー監視ユニットのメモリー内に保存してもよい。
【００３２】
少なくとも１つの性能関連パラメータは、各モジュール監視ユニットによって測定されて、バッテリー監視ユニットに伝送されるように設計できる。バッテリー監視ユニット内の各モジュール監視ユニットについて決定された少なくとも１つの性能関連パラメータは、それぞれのモジュール監視ユニットに伝送されて、該ユニット内に保存されるように設計する。各モジュール監視ユニットは、バッテリーモジュールについての少なくとも１つの性能関連パラメータを決定するように設計されたプロセッサを備えてもよい。上記プロセッサは、バッテリーモジュール内の各二次電池についての少なくとも１つの性能関連パラメータを決定するように設計できる。
【００３３】
少なくとも１つの性能関連パラメータは、測定及び／又は決定されて、各モジュール監視ユニット内に保存されるように設計する。測定及び／又は決定された性能関連パラメータは、バッテリー監視ユニットに伝送し、該ユニット内に保存できる。
【００３４】
これを達成するために、各モジュール監視ユニットを、各二次電池についての性能関連パラメータを測定するように設計された少なくとも１つのセンサーに接続できる。この目的のために、上記モジュール監視ユニットは、少なくとも電圧及び温度を測定するためのセンサーを備えてもよい。上記性能関連パラメータは、各バッテリーモジュール及び／又は各二次電池について測定してもよい。
【００３５】
受信及び／又は計算したデータに応じて、上記バッテリー監視ユニットは、上記性能関連パラメータに基づいて、バッテリーモジュールについての少なくとも１つのパラメータ、例えば、複数のバッテリーモジュールの各々の充電状態を個別に調節できる。バッテリー監視ユニットは、各バッテリーモジュール及び該バッテリーモジュール内の各二次電池の状態を監視することによって、該状態に応じて１つ以上のバッテリーモジュールの出力電力を調節してもよい。必要であれば、バッテリーパックに対する損傷を予防又は最小限化するために、上記バッテリー監視ユニットは、１つ以上のバッテリーモジュールを部分的又は完全に迂回することも可能である。そのとき、上記バッテリーパックは、最大電力出力の減少、あるいは公称圧力出力の減少にもかかわらず、引き続き作動させることができる。１つ以上の二次電池が、バッテリー監視ユニットによって修復できないエージング、過熱若しくはその他何らかの誤動作の兆候を示す場合には、該バッテリーモジュールをシャットダウンすることができる。次に、上記バッテリー監視ユニットは、１つ以上の誤動作バッテリーモジュールの交換が必要であることを示す信号をオペレーター、搭載診断ユニット又は中央制御ユニットに送信できる。
【００３６】
最後に、本発明は、各々が少なくとも２つの取り替え可能な、相互交換可能なバッテリーモジュールを含む、バッテリーパックのモジュール式システムに関する。各バッテリーモジュールは、少なくとも２つの二次電池を含む。該モジュール式システムにおけるバッテリーモジュールは、実質的に同じであり、同数の二次電池を含み、標準化電気コネクターを有する。あるいは、上記モジュール式システムにおけるバッテリーモジュールは、いくつかの異なる標準化サイズを含んでもよく、各サイズのバッテリーモジュールは、同じ、又は異なる数の二次電池を含む。異なるタイプ及び／又は異なる電圧のバッテリーモジュールもまた、バッテリーパック、例えばリチウム電池、ニッケル水素充電池又はリチウムイオンポリマー電池と組み合わせてもよい。上記バッテリーパックは、このようなバッテリーモジュールを用いて組み立てることにより、特定の用途について所望の電圧又は予め定めた数のアンペア時を供給するように設計されたバッテリーパックを提供する。これによって、どのバッテリーモジュールもバッテリーパックから取り外して、同じシステムにおいて同じタイプの新しい、又は再調整バッテリーモジュールと交換できる。所望であれば、バッテリーモジュールをバッテリーパック内で再配置してもよい。各バッテリーパックは、各モジュール監視ユニットを認識して、タイプ、電圧若しくは大きさとは関係なく、各バッテリーモジュールについての少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設計されたバッテリー監視ユニットを含む。
【００３７】
各バッテリーパックにおける各バッテリーモジュールは、バッテリーモジュール及び／又は該バッテリーモジュール内の各二次電池についての少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設計されたモジュール監視ユニットを備える。各バッテリーモジュールについての少なくとも１つの性能関連パラメータは、それぞれのモジュール監視ユニットのメモリー内に保存される。
【００３８】
前述したように、バッテリーモジュールは、取り外して、同じタイプの新しい又は再調整したバッテリーモジュールと交換できる。また、例えば、誤動作バッテリーモジュールを交換するために、バッテリーモジュールをバッテリーパック内に再配置してもよいし、あるいは別のバッテリーパックに移してもよい。交換又は再配置したバッテリーモジュールは、バッテリーパックとの接続時に、上記モジュール監視ユニットに保存された少なくとも１つの性能関連パラメータを、上記バッテリーパックのバッテリー監視ユニットに伝送するように設計できる。新しいバッテリーモジュール又は交換されたバッテリーモジュールは、モジュール監視ユニットに保存された少なくとも１つの性能関連パラメータの初期値を有してもよく、上記バッテリーモジュールのエージング又は機能を監視する際、この初期値を基準値として用いることができる。
【００３９】
従って、バッテリーモジュールが、バッテリーパック及びそのバッテリー監視ユニットに接続されると、少なくとも１つの性能関連パラメータ、及び／又は保存されたパラメータの履歴に関するデータ転送が、上記モジュール監視ユニットと上記バッテリー監視ユニットとの間で実施される。該データ転送は、上記バッテリーモジュールの接続時、あるいは、上記バッテリー監視ユニット及び上記バッテリーパックが次に使用中であるときのいずれかに、上記モジュール監視ユニット又は上記バッテリー監視ユニットのいずれかによって要求されうる。バッテリーパックのモジュール式システムで使用するのに好適なバッテリーモジュール及びエネルギー保存システムについて、上に詳しく説明してきた。
【００４０】
上に概説したバッテリーパックのモジュール式システムの範囲内で、バッテリーパックから切断された交換バッテリーモジュールは、少なくとも１つの性能関連パラメータ、及び／又は該パラメータに関する履歴をそれぞれのモジュール監視ユニットのメモリー内に保持するように設計される。バッテリーパックから離れて位置していても、モジュール監視ユニットを誘発して、少なくとも１つの性能関連パラメータ及び／又は保存されたパラメータの履歴を、別のバッテリー監視ユニットに伝送できる。上記の別のバッテリー監視ユニットは、必ずしもバッテリーパックに付属しているわけではなく、バッテリーモジュールの再調整中に用いられる診断ツールの一部であってもよい。これによって、バッテリーモジュール及び／又は二次電池の状態をバッテリーモジュール再調整動作中に決定できる。伝送されたデータは、バッテリーモジュール、並びに個々の電池の状態に関する情報を含んでもよい。モジュールの診断チェックを実施することにより、該モジュールが再利用可能かどうか、もし可能であれば、どの二次電池が修復又は交換を必要とするかを決定することが可能である。再調整が完了したら、上記バッテリーモジュールは、バッテリーパックのモジュール式システムが包含するいずれかの適したバッテリーパック内に配置できる。
【００４１】
上記電力貯蔵システムは、スーパーコンデンサ又はウルトラコンデンサと組み合わせた上記タイプのいずれのバッテリーパックを含んでもよい。こうした電力貯蔵システムは、スーパーコンデンサモジュール又はウルトラコンデンサモジュールと組み合わせたいずれか所望のタイプ及び／又はサイズのモジュール式バッテリーパックを含んでもよい。ここで、バッテリー監視ユニットは、上記のモジュール全部を監視するのに適したものであってよく、少なくとも全てのバッテリーモジュールは、モジュール監視ユニットを備える。勿論、バッテリーパックにスーパーコンデンサ／ウルトラコンデンサのみを有することも可能である。
【００４２】
添付の図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。図面は、例示を目的として作成されたにすぎず、本発明の範囲を定義するものとして意図されるものではないことは理解されよう。本発明の範囲の定義は、添付の特許請求の範囲を参照されたい。さらに、図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではなく、特に記載のない限り、本明細書に記載の構造及び手順を概略的に説明することを目的とするにすぎないことも理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のバッテリーパックを概略的に説明する図である。
【図２】本発明のバッテリーパックの概略的に例示したモジュール式システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、バッテリー蓄電式車両用のバッテリーパック１０に適用される本発明を説明するものであり、該車両は、電気自動車及びハイブリッド電気自動車、又はいずれか別の種類の車両であってよい。本実施例では、バッテリー監視ユニット１１を用いて、６つのバッテリーモジュール１２の作動及び状況を監視する。バッテリー監視ユニット１１は、バッテリーパック１０に隣接して、又は該パックから離して取り付けることができる。
【００４５】
バッテリー監視ユニット１１は、性能関連パラメータ、例えば温度、電圧、バッテリーインピーダンス、バッテリーパック電流、並びにバッテリー監視ユニット等化電流などに基づいて正常状態（ＳＯＨ）を決定する。各バッテリーモジュール１２に貯蔵される、又は各バッテリーモジュール１２から供給される電力の量は、バッテリーモジュール１２の間で分配される電力の量を均衡する、若しくは等化するように、バッテリー監視ユニット１１によって独立して調節できる。
【００４６】
図１を参照すると、本実施例におけるバッテリーパック１０は、直列接続した６つのバッテリーモジュール１２を含み、バッテリー蓄電式車両（図示なし）に電力を供給するように配置される。バッテリーモジュール１２の各々は、バッテリーモジュール１２に接続したバッテリー監視ユニット１１によって決定されるＳＯＨを有する。バッテリーモジュール１２の各々は、バッテリー監視ユニット１１に接続されたモジュール監視ユニット１３を備え、該ユニットは、性能関連パラメータ（この場合、ＳＯＨ）を監視するように配置される。バッテリー監視ユニット１１は、モジュール監視ユニット１３の各々から測定された性能関連パラメータを受けて、その性能関連パラメータに基づいて、バッテリーモジュール１２の各々の充電状態を独立に計算すると共に、調節するように構成される。本実施例におけるバッテリーモジュール１２は、バッテリーモジュールの１つについて図示されているように、６つの二次電池１４を含む。
【００４７】
所与のバッテリーモジュールにおける二次電池の正確な数は、用いる二次電池の種類及びバッテリーモジュールの用途に応じて変動しうる。同様に、バッテリーパック中のバッテリーモジュールの数も、上記と同じ要因に応じて変動しうる。
【００４８】
本実施例では、バッテリーパック１０は、電気自動車又はハイブリッド電気自動車内に設置される。バッテリーパック１０は、引入れ口又は充電コネクター（図示なし）を介して、外部電源（図示なし）、例えば高電圧バスに接続できる。バッテリーパック１０は、任意の好適な手段、例えば継電器によって電源に接続したり、あるいは、電源から切断したりすることができる。第１継電器は、バッテリーパック１０の正の側を上記電源のプラスの側に接続できる。同様に、第２継電器は、バッテリーパック１０のマイナスの側を上記電源のマイナスの側に接続できる。
【００４９】
バッテリー監視ユニット１１を用いて、バッテリーパック１０の作動機能を制御して、バッテリーモジュール１２の間で分配される電力の量を均衡及び／又は等化するように、バッテリーモジュール１２の各々の充電状態を独立して調節できる。バッテリーモジュール１２の各々について決定される充電状態に応じて、バッテリー監視ユニット１１は、どのバッテリーモジュール１２が等化電流を受けるかを決定する。例えば、バッテリー監視ユニット１１は、他のバッテリーモジュール１２に等化電流を供給せずに、バッテリーモジュール１２の１つに等化電流を供給して、単一の該バッテリーモジュール１２の充電状態を調節するように構成される。
【００５０】
上記バッテリーモジュールの対応センサーを用いて、少なくとも１つの性能関連パラメータを測定する。バッテリー監視ユニット１１は、モジュール監視ユニット１３の各々から性能関連パラメータを受ける。バッテリー監視ユニット１１は、バッテリーパック１０における個々のバッテリーモジュール１２についての状況及び状態を監視するように設計される。
【００５１】
上記バッテリー監視ユニットは、任意のバッテリー技術に適したものでよく、このような技術として、鉛蓄電池、ニッケル水素充電池、ニッケルカドミウム電池（ＮｉＣｄ）、リチウム電池（リチウムイオン）又はリチウムイオンポリマー電池（リチウムイオンポリマー）がある。
【００５２】
本発明の構成を用いて、バッテリーモジュールレベル及び二次電池グループ形成レベルで、バッテリーパックを管理するのに用いることができる。各二次電池グループ形成、及び／又はバッテリーモジュールは、それに付属するモジュール監視ユニットを備え、また、バッテリーパック用のバッテリー監視ユニットは、バッテリー監視ユニットによって制御されるバッテリーモジュール用のエネルギーの充電及び分配を制御することになる。
【００５３】
バッテリーモジュールは、直列配置で接続されることが多く、本実施例は、６つのモジュール監視ユニット及びバッテリーモジュールを使用するが、用途に応じて、これより多い、又は少ないバッテリーモジュール及びモジュール監視ユニットを用いることもできることを理解されたい。従って、バッテリーモジュールは、直列又は並列構成のいずれでも接続することができ、バッテリーモジュールの数は、所望の用途の要件に応じて選択できる。
【００５４】
バッテリー監視ユニット１１及びモジュール監視ユニット１３の各々は、１つ以上のプロセッサと、少なくとも１つの性能関連パラメータと、性能関連パラメータの履歴又は充電状態に関する計算データを保存する記憶装置を備える。図１は、プロセッサと、メモリーユニットと、性能関連パラメータを測定するセンサーとを含むモジュール監視ユニット１３を概略的に示す。各モジュール監視ユニット１３は、直列バス１５によってバッテリー監視ユニット１１に接続される。加えて、モジュール監視ユニットの各々は、出力として独立したコンバーター（図示なし）を有し、この出力を用いて、上記バッテリーモジュールの充電／放電のための電流を制御する。また、モジュール監視ユニットの各々は、付属のバッテリーモジュールの温度を監視する外部温度センサーも備えてもよい。モジュール監視ユニット１３は、バッテリー監視ユニット１１からの指令と同時にデータを取得して、その付属バッテリーモジュール１２の状況をバッテリー監視ユニット１１に報告しなおす。少なくとも１つの性能関連パラメータを示すデータを用いて、バッテリー監視ユニット１１に又はモジュール監視ユニット１３の各々のいずれかにおける充電状態を計算する。各バッテリーモジュール１２の充電状態に関する少なくとも１つの性能関連パラメータと、測定及び／又は計算された性能関連パラメータは、少なくとも各モジュール監視ユニットのメモリー保存ユニットに保存される。
【００５５】
バッテリーパック１０は、直列バス１５を用いて、構成部品の状況を伝送する。さらに、バッテリーパックが待機／切断状態にある場合でも、各バッテリーモジュールを接続する独立のコネクター（図示なし）を介してバッテリー内のバッテリーモジュール１２同士で電力を共有できる。このエネルギー共有機能によって、上記バッテリーパックは、バッテリーパック１０内のバッテリーモジュール１２を均衡させることができる。電力共有は、様々な車両動作モード、例えば車両推進及びバッテリー再充電サイクル中に起こりうる。
【００５６】
本発明のバッテリーパック１０は、電力等化を決定し、実施するのに、電圧だけに依存する必要はないことに留意すべきである。電圧は、１つの性能関連パラメータとなりうるが、他の測定又は計算性能関連パラメータ、例えば温度、充電状態なども、本発明に従い、個別に、あるいは１以上の組合せで考慮することができる。１つ以上のパラメータは、バッテリー監視ユニット１１にロードした後、モジュール監視ユニット１３の各々に転送できる。上記の１つ以上のパラメータは、所与の用途について所望の具体的均衡及び等化操作をするように、選択できる。
【００５７】
図２は、バッテリーパックのモジュール式システムを概略的に示した図である。この図は、第１バッテリーパック２１及び第２バッテリーパック２２を示し、これらの各々が、６つの取替え可能で、相互交換可能なバッテリーモジュール２３を含む。各バッテリーモジュール２３は、少なくとも２つの二次電池（図示なし）を含む。モジュール系におけるバッテリーモジュール２３は、実質的に同じであり、同数の二次電池を含み、標準化した電気コネクターを有する。これによって、どのバッテリーパックからどのバッテリーモジュール２３を取り外すこともできるし、同じシステムにおいて新しい、又は再調整バッテリーモジュールで交換することもできる。また、必要であれば、バッテリーモジュールをバッテリーパック内に再配置してもよい。各バッテリーパック２１、２２は、各バッテリーモジュール２３について少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設計されたバッテリー監視ユニット（図示なし）を含む。各バッテリーパック２１、２２における各バッテリーモジュール２３は、バッテリーモジュール２３についての少なくとも１つの性能関連パラメータ及び／又はバッテリーモジュール２３内の各二次電池を監視するように設計されたモジュール監視ユニット（図示なし）を備える。各バッテリーモジュール２３についての少なくとも１つの性能関連パラメータは、それぞれのモジュール監視ユニットのメモリー内に保存される。
【００５８】
上記バッテリー監視ユニットは、バッテリーモジュール２３の状態を監視して、バッテリーモジュール２４が誤動作を起こしているかどうかを示すように配置される。図２に示すように、誤動作を起こしたバッテリーモジュール２４は、第１バッテリーパック２１から取り外して、再調整設備２５に再配置することができる。切断されたバッテリーモジュールは、少なくとも１つの性能関連パラメータ、及び／又は該パラメータに関する履歴を、上記モジュール監視ユニットのメモリー内に保持するように設計される。再調整中、上記モジュール監視ユニットは、少なくとも１つの性能関連パラメータ、及び／又は保存されたパラメータの履歴をさらに別のバッテリー監視ユニットに伝送するように誘発される。このさらに別のバッテリー監視ユニットは、再調整設備内に配置されており、バッテリーモジュールの再調整中に用いられる診断ツールの一部である。これによって、バッテリーモジュール再調整作業中に、バッテリーモジュール及び／又は二次電池の状態を決定することが可能になる。伝送されたデータは、バッテリーモジュールの状態に関する情報、並びに個々の電池に関する情報を含む。モジュールの診断チェックを実施することにより、モジュールが再利用可能であるかどうか、もしそうであれば、どの二次電池（単数又は複数）が修理又は交換を必要とするかを決定できる。
【００５９】
第１バッテリーパック２１は、その欠落したバッテリーモジュールを予備の構成部品用の供給設備２７からの同じタイプの新しいバッテリーモジュール２６と交換できる。この場合、再調整バッテリーモジュール２４は、バッテリーモジュールを交換する際、二次バッテリーパック２２において再利用できる。あるいは、本来のバッテリーパック２４を再調整した後、これを第１バッテリーパック２１に戻すこともできる。交換したバッテリーモジュール２４、２６は、バッテリーパックとの接続時に、上記バッテリーパック２１、２２のバッテリー監視ユニットに、そのモジュール監視ユニットのメモリー内に保存された少なくとも１つの性能関連パラメータについての初期値を伝送するように配置される。従って、バッテリーモジュールをバッテリーパック及びそのバッテリー監視ユニットに接続するとき、少なくとも１つの性能関連パラメータ、及び／又は保存されたパラメータの履歴に関するデータ転送が、モジュール監視ユニットとバッテリー監視ユニットとの間で行われる。該データ転送は、バッテリーモジュールの接続時、又は次にバッテリー監視ユニット及びバッテリーパックが使用中であるときのいずれかに、モジュール監視ユニット又はバッテリー監視ユニットのいずれかによって要請される。バッテリーパックのモジュール式システムで使用するのに好適なバッテリーモジュール及び電力貯蔵システムを詳細に説明してきた。
【００６０】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲内で変化しうる。
【図１】
2012527726.tif 000003
【図２】
2012527726.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月18日(2011.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が、少なくとも２つの取替え可能で、相互交換可能なバッテリーモジュール（１２）を含むバッテリーパックのモジュール式システムであって、各バッテリーモジュール（１２）が、少なくとも２つの二次電池（１４）を含み、各バッテリーパックは、各バッテリーモジュールについての少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設計されたバッテリー監視ユニット（１１）を含んでおり、各バッテリーパックにおける各バッテリーモジュール（１２）は、バッテリーモジュール（１２）及び／又は該バッテリーモジュール内の各二次電池（１４）についての少なくとも１つの性能関連パラメータを監視するように設計されたモジュール監視ユニット（１３）を備え、各バッテリーモジュール（１２）についての上記性能関連パラメータは、それぞれのモジュール監視ユニット（１３）のメモリーに保存され、また、交換バッテリーモジュールは、上記バッテリーパックに接続されると、少なくとも１つの性能関連パラメータをバッテリー監視ユニット（１１）に伝送するように設計され、そして、バッテリーパックから切断された交換バッテリーモジュール（１２）は、バッテリーモジュール（１２）の再調整操作中に、バッテリーモジュール（１２）及び二次電池（１４）の状態を決定するために、さらに別のバッテリー監視ユニット（１１）に少なくとも１つの性能関連パラメータを伝送するように設計される、ことを特徴とするモジュール式システム。
【国際調査報告】
2012527726.tif 000005
2012527726.tif 000006
2012527726.tif 000007
2012527726.tif 000008