JP5086076B2 - リチウム電池システムに対するセル均衡化の方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に蓄電池のようなエネルギー貯蓄装置に関し、より詳しくはこれらの装置を充電する方法に関する。

推進トルクを供給するために、発電電動機をモーターとする第１モードで用いることは、多くの用途が知られている。その用途には、米国特許第６、３９４、２０８号の“低蓄電要求ハイブリッド電気車両の運転性を高めるための始動機／同期発電機制御方式”を参照して見られるような自動推進式車両の用途を含む。このような用途では、用途に付随する何らかのポテンシャル又は運動エネルギーを取り込んで出力電力に変換する（このプロセスは、再生（再生エネルギー）として知られる）ために、発電電動機を発電機とする第２モードに再構成することが知られている。さらに、このような用途では、発電電動機がモーターとして作動されるときは発電電動機に電力を供給し、発電電動機が発電機として作動されるとき再生エネルギーを受け取るようなエネルギーシステム（例えば、電池）を供給することも知られている。後者の場合では、そのような電池がフル充電するまで、一般的に電池の充電状態を高める効果がある。このような用途に典型的に使用される電池技術は、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）、鉛−酸（ＰｂＡ）及びニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）を含む。他の電池技術と同様普及しているわけではないが、リチウム化学技術を用いるエネルギーシステムも又実際に使用される。

電池の最適化は、充電の養生法によって影響を受ける。現在、ほとんどの最適化は設計段階で行われる。これは、電池が使用されている間に行われる“リアルタイム”最適化に対立するものである。“予測”需用者使用サイクルを基礎とした固定の充電ルーチンが開発され、電池はこれらの予測サイクルを基礎として設計される。電池は、設計段階の間、電池使用のこれらの予測サイクルを基礎とする目標の充電状態（ＳＯＣ）に均衡化される。その目標ＳＯＣは、電池の寿命のために電池が均衡化されるＳＯＣである。それゆえ、設計見積もりを基礎とした目標ＳＯＣが“リアルタイム”使用に比較して最適でないならば、電池の寿命はかなり短くなるかもしれない。他の固定された充電方式は、複合的な電力を基礎とする要求（例えば、発電電動機の頻繁な停止や始動）又は再生エネルギーを吸収する電池の容量を無視して、最大エネルギーの蓄積（及び出力）を達成するように設計された方式を含む。このような固定された充電方式は、再充電可能製品と対立する放電限定製品に対してのみ適切である。

これら既存の方法は、妥当ではあるが、最適化の最も有効な方法とはいえない。上述の既存の方法は、使用中の電池に対する充電の養生法の“リアルタイム”適合を備えていないし、また電池が使用されるであろうさまざまな用途を考慮していない。例えば、電池で動く用途に対しては最大の範囲で又は最長の期間の使用ができるように、一般的に最高予想ＳＯＣまで電池に充電することが好ましいであろう。しかしながら、このような手法は、再生エネルギーの受入を含んだより動的な用途に対して、一般的に最適とは考えられない。より低いＳＯＣは、電池を、再生エネルギーを受け入れたり動的な電力機能（反復の充放電サイクル）を供給するような最適充電状態にすることを許容する。

とりわけマルチセルリチウム電池は、電池充電の養生法を開発するときに、特有の課題を提示する。マルチセルリチウム電池内の各セルは、インピーダンスの水準及びＳＯＣを含む独自の特有な電気的性質を有する。もし要求された電池設計が最大エネルギー出力を引き起こすならば、単一のセルは電池内部における他のセルよりもより完全に充電しなければならないであろう。各セルの電気的特性がその推移を把握されないならば、充電養生法は設計された使用に最適な電池という結果にならないが、養生法は最良に機能するセルを順応させるように調節されるであろう。これはセルの過充電を妨げるのに必要である。すなわち、リチウム電池はこのような過充電に耐えられない。同様に、もし電池充電設計が、電池に対して（定常状態においてエネルギーを提供することと対立する動的状態において、エネルギーを提供したり受け入れたりする）再生エネルギーを受け入れるような容量を有することを求めるならば、養生法は電池に最適充電を提供しないであろう。これらの状況における各セルの最適ＳＯＣはセル間で異なり、“フリーサイズ“ＳＯＣ充電方式は最適なものとならないであろう。

したがって、組電池のセルが、電池稼働中に集められたデータを基礎として、個別のセルに対して固有で最適な、具体的で個々のＳＯＣの水準まで充電され、それにより、上述した１つ又はそれ以上の問題点を最小化又は排除する方法の必要性が存在する。

本発明の目的は、上述した１つ又はそれ以上の問題点を解決することである。本発明の１つの利点は、電池の個別セルにそのセル特有のＳＯＣまで充電させることを可能にするということである。それぞれの充電状態は、電池が使用されている間に決定される。実際の使用に対応する“リアルタイム”データは、負荷パターンを決定することに使用される。負荷パターンとは、用途によって電池に提示される、エネルギー供給及び再生エネルギー受入の特性である。インピーダンス測定に加えて、この負荷パターンは、改善された電池性能に対するセルごとの充電状態（ＳＯＣ）を決定することに使用される。

これら及びその他の特徴、目的、利点は、充電可能な多重セル組電池を制御する方法を含む本発明によって理解される。この方法は、電池稼働の間に観察された電池セルの電気的特性に対応するデータに基づいて、電池のためのエネルギー供給の好適水準及び再生エネルギー受入の好適水準を決定するステップを含む。この方法は、エネルギー供給及び再生エネルギー受入の好適水準に基づいて、各セルに対して目標ＳＯＣを決定するためのアルゴリズムを実行し、それぞれの目標ＳＯＣの水準まで電池の個別セルを充電するステップも含む。充電可能な組電池及びエネルギーシステムも提示される。

図面を参照するが、その中で、さまざまな意図において符号は同一の構成要素を認識するように使用される。図１は、複数の典型的な用途１２の１つ又はそれ以上との接続に使用するのに好適な本発明に関する組電池１０を簡素化した概略図及び構成図である。例示の実施形態における用途１２は、発電電動機１４を利用してよいタイプのものであり、下記の操作に対して選択的に構成されてよい。（i）発電電動機１４が推進トルクに使用される第１のモード、（ii）発電電動機１４が再生エネルギーの生産のために使用される第１のモードとは異なる第２のモード（すなわち、発電電動機１４は発電機として配置される）。例えば、このような用途は、自動推進式車両の用途を含んでもよいが、これに限定することはない。他方、全く固定された他の用途（すなわち、慣性を含む負荷を有する回転システム）もまた本発明の趣旨及び範囲内に含まれる。発電電動機１４は、例えばＡＣ又はＤＣ電気モータ、ブラシ又はブラシレス電気モータ、電磁石又は永久磁石電気モータ、磁気抵抗電気モータ等のような公知の従来型装置を含んでもよい。上述したことが単に典型例であり全く限定されないことは、明白に理解される必要がある。

組電池１０は、入出力端子１６、パワーバス１８、通信回線２０、充電器２２、電力を受けるための充電器２２用の従来型の壁差込２４のような手段又は電気回路、電力線２６、制御線２８、蓄電池セル３０、電圧センサ３２、充電状態（ＳＯＣ）センサ３３、電流センサ３４、及びインピーダンス測定装置３５を含む。

組電池１０はまた、中央処理装置（ＣＰＵ）３８、充電コントローラ４０及び均衡化プログラム４２から構成される電池制御ユニット（ＢＣＵ）３６を含む。したがって、本発明は、充電可能な組電池１０に対して、所望のエネルギー供給量を提供する計算又は再生エネルギー受入を許容する要求に基づいて充電しながら、電池使用サイクルの個々のタイプにその充電養生法を継続的に適合させることによって性能を最大化するような方法を確立するために適合される。本発明の機能性を利用することにより、結果として、組電池１０の利用者は組電池１０から、従来技術では達成できない最適な性能を引き出すことができる。

続けて図１を参照する。組電池１０は、図において“Ｔ”（Ｔｅｒｍｉｎａｌ：端子）として示される入出力端子１６を含んでもよい。発電電動機１４が第１の推進トルクモードで作動されるとき、図において“供給／再生”で示されるパワーバス１８は、エネルギーシステム１０に対して電気が導かれるよう構成されてもよい。一方、パワーバス１８は、発電電動機１４が第２の再生エネルギー生産モード（発電機として）で作動されるとき、発電電動機１４によって生成される再生エネルギーとして以下に示される電気エネルギーを運ぶよう構成されるか又は使用されてもよい。さらに例示の実施形態に示されるとおり、組電池１０は、図１において“送信／受信”として示される通信回線２０に接続するため構成される通信ポートを含んでもよい。通信回線２０は、例えば、組電池１０と用途１２の間の制御信号又は制御メッセージのような双方向通信のために構成されてもよい。

また図１は、壁差込口等に接続するための典型的な通常の電気差込２４を含む電池充電器２２を示す。充電器２２は、組電池１０を充電（再充電）するように構成される。充電器２２は、組電池１０のセル３０を充電（再充電）するための組電池１０に接続するように構成される充電電力線２６を含む。他方、単純化のため、電力線２６は、入出力端子１６（供給／再生）に接続されるように示される。さらに、充電器２２は、組電池１０からの制御線２８上で、例えば充電停止信号のような制御信号を受信するように構成される入力端子を備えてもよい。例えば、下記により詳細に示すように、本発明にしたがって組電池１０が計算された水準まで充電されていたとき、制御線２８における充電停止信号は、組電池１０を充電することを充電器２２に停止させるように（すなわち、充電を止めるように）構成される。一方、充電器２２は、その中で制御線２８の制御信号が充電電流を停止するのと同様に荷電電流を調節するのに効果がある調節可能な充電器２２であってもよい。充電器２２は、公知技術のものとして知られる従来型の充電構成品から構成されてもよい。

例示の実施形態において、組電池１０は、１つ又はそれ以上の蓄電池セル３０、少なくとも１つの電圧センサ３２、ＳＯＣ（充電状態）部（block）３３，電流センサ３４及びインピーダンス部３５を含む。セル３０は、電力を生成するよう構成され、各セル３０は、電流を供給受容し、各セル３０に対して電気測定がなされ得るためにそれぞれの端子（わかりやすくするため示されない）を有する。例示の実施形態にあるように、セル３０は、収集された出力が入出力端子１６で供給されるように配置されてもよい。方向的な観点から言うならば、通常の電流はそれぞれのセル端子から組電池端子１６を通って用途１２における負荷（すなわち、発電電動機１４）に流出する。また、セル３０は、例えば、入出力端子１６において組電池１０に入る通常の電流を受容し、その後各セル端子に送ることによって再充電されるように構成される。再充電電流は、充電器２２からであってもよいし、又は発電機として作動する発電電動機１４からであってもよい。セル３０は、背景技術において説明されたような、例えば、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）、鉛−酸（ＰｂＡ）又はニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）等の既知の電池技術による従来の装置から構成されてもよい。しかしながら、最良の実施形態において、セル３０は、エネルギー蓄積技術分野の通常の技術のものとして知られるさまざまなリチウムの化学的性質にしたがって形成されるセルから構成される。例示の実施形態において、セル３０は、あらかじめ決められた基準（例えば、フル充電状態１００％で８０ボルト）で、直流（ＤＣ）出力を生成するよう配置される。しかしながら、これは限定されることなく典型的なものである。

電圧センサ３２は、組電池１０から用途１２に供給される電圧水準を測定し、測定された電圧を表す電圧表示信号を生成するように構成されてもよい。ある実施形態において、１つの電圧センサ３２は、セル３０の組合せの総電圧出力を検知するよう備え付けられる。しかしながら、最良の実施形態においては、複数の電圧センサ３２（わかりやすさのため、複数は示されない）が、組電池１０に含まれる各セルに少なくとも１つ使用される。電圧センサ３２は、公知の従来型の装置から構成されてもよい。

ＳＯＣ部３３は、組電池１０又はそのセルごとの充電状態（ＳＯＣ）を決定するように構成されてよい。最良の実施形態において、各セル３０の充電状態（ＳＯＣ）は、あらかじめ定められたＳＯＣデータ（例えば、表）と組み合わせた電圧測定法を使用して測定され、その後記録され、推移を把握されることができる。これらの測定は、セルごとの個別の目標ＳＯＣを決定するよう、またその上いつセル３０がフル充電されたかがわかるように、均衡化プログラム４２に対してデータを供給する。ＳＯＣセンサ３３は、上述した公知の従来型の装置に電圧／ＳＯＣデータを使用してＳＯＣの水準を作り出させるように構成されるソフトウェアから構成されてもよい。

電流センサ３４は、組電池１０から用途１２により引き出される電流を検知し、測定された電流水準（極性又は電流の方向も同様に）を表す電流表示信号を応答的に発するように構成されてもよい。セル３０は直列に接続されているので、１つの電流センサ３４のみが必要とされる。電流センサ３４は公知の従来型の装置から構成されてもよい。

インピーダンス部３５は、組電池１０又はそのセルごとの内部ＡＣ（交流）又はＤＣ（直流）インピーダンスを測定するよう構成されてもよい。インピーダンス部３５は、組電池１０の個別のセル３０に対するそれぞれのインピーダンスを決定するよう構成されてもよい。その後、各セル３０の内部インピーダンスは決定され、記録され、推移を把握されることができる。インピーダンス部３５は、別個の電圧測定機器（例えば、ＤＣ又はＡＣ負荷テスタ）を含んでもよいし、又は、セル３０の内部インピーダンスをよく知られたアルゴリズム、おそらくタイムベースの、例えばオームの法則（電圧＝電流×インピーダンス）によって計算するために、電圧センサ３２及び電流センサ３４からのデータを使用するソフトウェアベースのものであってもよい。このように、インピーダンス部３５は、インピーダンスを決定するための従来の手法から構成されてもよい。電圧センサ３２、ＳＯＣ部３３、電流センサ３４及びインピーダンス部３５は、組電池１０及びその個別のセル３０に対する所望のエネルギー供給水準を決定するための手段を設定する。

電池制御ユニット（ＢＣＵ）３６は、組電池１０の全体の動作を制御するために構成される。この制御は、本発明に従った、充電方式の調整を含む。ＣＰＵ３８は、ここに記載の機能性すべてに従って、セル充電均衡化プログラム４２として格納される、あらかじめ設定された手順を実行することが可能な公知の従来型処理装置から構成されてもよい。この点に関しては、均衡化プログラム４２はＣＰＵ３６と対であり、セル充電停止水準を設定する能力を有する従来型のリチウムエネルギー制御（ＬＥＣ）ハードウェアから構成されてもよい。セル充電停止水準の設定能力は、個別のセル３０がそれぞれの目標ＳＯＣ水準まで充電されることを可能にする。目標ＳＯＣ水準は、電圧及び電流測定のような、動的に生成されるデータの本発明に関する処理に基づく。ＣＰＵ３６及び均衡化プログラム４２は、個別セル３０に対するそれぞれの目標ＳＯＣを決定するための手段から構成される。均衡化プログラム４２は、充電コントローラ４０が組電池１０に与えられた個別の使用サイクルに応じてセル３０を充電するように、ＣＰＵ３６を通じて、データを充電コントローラ４０に提供する。充電コントローラ４０（ソフトウェアを通じて制御されてもよい）は、組電池１０（すなわち、セル３０）のその後の再充電を制御する手段を設定する。組電池１０は、コントローラ４０によって制御される制御可能なスイッチ等（図に示されない）を含んでもよいこともまた理解されるべきである。コントローラ４０は、選択されたセル３０について充電を停止し、他方、残りのセル３０に対しては充電を継続することを許容するように機能するが、それらの選択はすべて本発明により設定された個別の目標ＳＯＣ水準に従う。

図１乃至２を参照すると、本発明に従った方法が明記されている。下記の機能性は、図１の例示の実施形態の特定構成に関して特に説明されない限り、又は図１の個別の構成に関連してはっきり限定してすでに説明されていない限り、ＣＰＵ３８による実行に好適なソフトウェアで遂行されてもよいことが理解されるべきである。

特に図２を参照する。ステップ５０において、フル充電された組電池１０は稼働中である。本発明によると、“フル充電された”は、個別のセルに対する充電目標ＳＯＣ水準の変化を反映するという違う意味に受けとってもよい。例えば、“工場”からの充電初期値は、基本的に最大充電状態１００％にあらかじめセットされていてもよいし、予測される使用（すなわち、発生されることが予測される一定の再生エネルギー）に応じて１００％よりもいくらか低い水準に設定されてもよい。用途１２が作動されているとき、組電池１０は稼働中である。これは、ハイブリッド車両や電気車両の動作を含んでもよいが、これらの用途は単に典型例であり、本発明はこれらの使用に限定されない。

ステップ５２において、電圧センサ３２及び電流センサ３４は、あらかじめ定められた時間率で、組電池１０の個別のセル３０から用途１２によって導き出される電圧と電流をサンプリングする。これは、本発明の方法における反復ステップであり、一連の時間軸測定の蓄積をもたらす。このステップはまた、組電池１０に対する負荷パターンを作り出すのに必要なデータを提供する。

ステップ５４において、各セル３０の個別のリアルタイムＳＯＣはあらかじめ定められた時間速度で電圧及び電流として推移が把握される。このステップもまた、個別のセル３０に対する目標ＳＯＣを計算し、各セル３０により吸収される再生エネルギーの量を監視するのに必要なデータを提供する。

ステップ５６において、インピーダンス部３５は、再び、あらかじめ定められた時間間隔で、個別のセル３０のそれぞれのインピーダンスの水準をサンプリング及び／又は別の方法で決定する。しかしながら、インピーダンスの決定はあらかじめ定められた時間間隔で行われなくてもよいし、不均一な間隔で動的に行われてもよいことは理解されるべきである。

ステップ５８において、均衡化プログラム４２と対のＣＰＵ３８は、ステップ５２乃至５６において収集されたデータに基づいて、組電池１０の各セル３０に対するそれぞれの目標ＳＯＣを計算する。電圧、電流、ＳＯＣ及びインピーダンスの決定は、組電池１０及びその個別のセルの使用の状況を表す。この状況は、組電池１０に与えられた負荷パターンである。負荷パターンは、均衡化プログラム４２に備わるアルゴリズムを実行するＣＰＵ３８によって引き出される。この決定はまた、各セル３０の挙動を説明する。例えば、セル３０からの大きな一定の電圧の降下は、用途１２が組電池１０から高率のエネルギー供給を要求しており、それゆえセル３０は組電池使用パラメータを調整するために高いＳＯＣまで充電されるべきであることを示す。もし、測定値が、用途１２は組電池１０に対し受け取るべき再生エネルギーを生成していることを示すならば、用途１２が用途１２に対してのみエネルギー供給を要求するとき、セル３０は、セル３０に対するそれぞれの最大ＳＯＣよりも低いＳＯＣまで充電されるべきである。もし、用途１２が組電池１０によってエネルギー供給と再生エネルギー受入れの両方を要求するならば、組電池１０は双方の特性に対応するように調整されなければならない。さらに、組電池１０の各セル３０は、インピーダンス特性と同様にエネルギー供給のための異なる容量を有する。年数、充電／再充電サイクルの数、生産や材料のばらつきのすべては、セル３０のインピーダンス特性に影響する。使用の性質は、養生法を均衡化する特定の均等化を選択又は変更することに使われてもよい。

図３は、いかに組電池１０内の特定のセル３０に対する目標ＳＯＣが決定され得るかを説明する。各セル３０は固有の放電率曲線７０（２３℃）及び再生エネルギー受容曲線７２（２３℃）を有する。図３において、セルに入る又はセルから出るいずれの方向にしろ、Ｘ軸はＳＯＣ水準（％で表される）に対応し、Ｙ軸は電力（ｋＷで表される）に対応する。図３に示されるように、増大したＳＯＣ百分率にセル３０が充電されるとき、より高い率のエネルギー供給が用途に対して利用可能になる。セル３０が低いＳＯＣ百分率にあるとき、セル３０はより多く再生エネルギー（又は入り電力）を受容することができる。それは、これらの関係が線形でないことを示す根拠にほかならない。すなわち、セルが０に放電されるまで、セルはフル充電状態から均一に最大電力を供給することができないということである。それどころか、図に示されるとおり、利用可能な電力出力は、ＳＯＣ水準の下降によって変則的かつ非線形的に減少する。同様の観察結果は、セルに対する入力電力についてもあてはまる。セルは、ＳＯＣ水準全体にわたって、均一の最大入力電力を受け入れることができない。それどころか、セルは低いＳＯＣ水準でエネルギーの比較的多い量を受容することができるが、入力電力は一般的にはＳＯＣ水準の上昇によって非直線的に減少する。

それゆえ、均衡化プログラム４２は、電圧、電流、ＳＯＣ及びインピーダンスを処理するように構成されるが、実際上、各セルに対し図３に例示されたグラフを手本にして作られる。このように構築されたモデルを使って、均衡化プログラム４２は特定のセル３０に対する目標ＳＯＣ水準を確認することができる。例として、図３は、組電池１０の中の１つのセル３０に対する放電率及び再生エネルギー受容曲線を説明する。これらの曲線は、上述のパラメータを使用して均衡化プログラム４２により作成される。また、均衡化プログラム４２はアルゴリズムを実行し、この例では、結果として、組電池１０の使用は再生エネルギーの受容とエネルギー放出の双方を含むことが示される。ある実施形態において、例えば、用途１２による組電池１０の全体的な必要容量に合致する限り、均衡化プログラム４２は、符号７４で示される放電率と再生エネルギー受容の曲線が交差するところをその水準として、セル３０に対する目標ＳＯＣを決定するように構成されてもよい。しかしながら、一方で再生エネルギーの受容（線７２）、他方でエネルギーの供給（線７０）について異なる重み付けをかけることを十分に考慮した他の手法が可能であることは理解されるべきである。参考として、線７６は−２５℃でのセルの放電特性を示す。

図３における点７４の選択について、エネルギー優位の使用サイクルは、個別のセルのエネルギー容量において最大の効率性を要求することが理解されるべきである。電力優位の使用サイクルは、個別のセルの内部インピーダンスにおいて最大の効率性（放電及び再充電インピーダンスの最適化）を要求する。マルチセルリチウム電池システムにおいて、これらの目標は必ずしも一致しない。しかしながら、セル均衡化は部分的な電力の又は部分的なエネルギーの効率性を、おそらく他方を犠牲にして達成するように実施され得る。使用サイクル次第で、セル均衡化は、どちらかの目標に対してより重く重点が置かれ得る。本発明は、（i）用途の作動の間、組電池に流出入する電力潮流の観測又は計測に基づいて動的又は活発に、又は（ii）使用サイクル設計（すなわち、製造時にあらかじめ設定される）を通して、エネルギー優位対電力優位の重み付けを決定するように構成される。

エネルギーと電力の間の均衡化（すなわち、相対的な重み付け）が用途内での使用に先立ってあらかじめ設定される後者（使用サイクル設計）についても、実際の均衡点（例えば、点７４）は、各個別セルの常時変化する特性を監視することによって動的に決定されうることは理解されるべきである（すなわち、セル固有の特性は、年数及び充放電サイクル数の双方によって変化しうる）。さらなる実施形態において、電力主体の優位とエネルギー主体の優位との間の相対的な重み付け、及び各セルに付随する実際の放電率とエネルギー受入の曲線は、あらかじめ設定されてもよい（例えば、それに続く用途内での使用に関連して、固定されても又は静的でもよい）。

上述したことに加え、ある状況において、（i）包括的な最小充電状態、又は（ii）包括的な最小エネルギー容量（例えば、電気車両の用途において、車両に対して最小有効充電走行距離を確保するためのもの）を設定することが要求されてもよいことを、本発明は意図する。

上述の例は、用途がエネルギー主体の使用及び電力主体の使用の双方により特徴づけられるところで使用されてもよい。より完全なエネルギー主体の用途に対して、セルは容量を最大にするように（すなわち、セルに対するＳＯＣを示す最大電圧まで）充電されてもよい。この手法は、充電状態の均衡化（電圧の均衡化）を含むので、すべてのセルが最大容量に達するであろう。他方、より完全に電力主体の用途に対して、セルは内部インピーダンスに対して（すなわち、このパラメータは、再生エネルギーのようなエネルギーを受容したり、又は供給したりするセルの能力に影響するので）均等化されてもよい。この手法は、インピーダンス均衡化を含み、セルが最終的にＳＯＣの異なる水準に落ち着くことになってもよい。

実際に、本発明は、セルが（i）内部インピーダンス（すなわち、再生受容に関連して）、（ii）放電実施を最適化するためのＳＯＣに示される電圧、又は（iii）両者の重み付けがされた組合せについて、均等化されてもよいことを認める。

続けて図２を参照する。ステップ６０において、セル３０のそれぞれは、ステップ５８において均衡化プログラム４２によって決定されたそれぞれの目標ＳＯＣまで充電される。この充電ルーチンは、図１で説明され示されたように、従来型外付け充電器２２を使用する形式をとってもよい。外付け充電器２２の使用は、組電池１０の使用を停止し、組電池１０に充電器２２を“差し込み”、その後充電コントローラ４０により制御されるステップ５８の定められた充電計画に従って組電池１０を充電することを必然的に伴う。また、充電ルーチンは、使用を中断することなく稼働中の組電池１０の充電を許容する“リアルタイム”再生再充電の形式をとることができる。充電ルーチンを実行するために選択された仕組みにかかわらず、充電計画は同じやり方で決定され、選択された仕組みに対して同じ方法で呈示される。図３に示す具体例では、セル３０は、充電器２２（又は再生エネルギーの受容）により５７．９％ＳＯＣまで充電され、充電コントローラ４０により制御される。上述したように、各セル３０は、異なるエネルギー放電及びエネルギー受容曲線を有するので、均衡化プログラム４２は、セルごとにＳＯＣを決定するようにアルゴリズムを実行する。各セル３０は、推移が把握された独自の特性を有するので、セルごとに固有の曲線が得られるであろう。それゆえ、各セル３０は、エネルギー供給と再生エネルギー受容の競合する目的を均衡化するために、その目標ＳＯＣまで充電されるはずである。用途１２がエネルギーの定常の放電のみ要求するような状況においては、均衡化プログラム４２は、図３のグラフに含まれるデータに基づいて、最大エネルギー供給が行われ得るＳＯＣ水準まで、セル３０が充電されるべきであることを決定するように構成されてもよい。

再び、図２を参照する。ステップ６０において、第２の一連の計測及び／又は決定が、必要に応じて、ステップ５２乃至５６に記載の方法でなされてもよい。ステップ６２において、蓄電池から見た第２の負荷パターンを生じさせるために、均衡化プログラム４２と対であるＣＰＵ３８によって計測が使用される。ステップ６４において、個別のセル３０に対する所望の目標ＳＯＣを計算するために、均衡化プログラム４２は第１及び第２の負荷パターン及びセル３０の電気的特性の計測を使用するように構成されてもよい。その後、ステップ６０は実行され、充電器２２は、充電コントローラ４０によって制御されながら、セル３０をそれぞれのＳＯＣ水準まで充電する。この方法は、各セル３０に対していくつものあらかじめ定められた時間間隔で繰り返される。セル３０は、同一のＳＯＣまですべてが充電されてもよいし、各セルは独自のＳＯＣを有してもよい。追加のデータが均衡化プログラム４２によって処理されるので、ある特定時のあるセル３０に対するＳＯＣは、後の時点で同一のセルに対するＳＯＣと同一でなくてもよい。用途１２により供給されるエネルギー需要はやがて変化するので、上述の方法や装置は、組電池１０や個別のセル３０が変化するエネルギー需要に適応するように調整されることを許容する。

本発明は、回生制動、寒中起動又は充電走行距離拡張のような機能に対して、改良された効率性を提供する。また、本発明は、年数を経る電池に適応することにより電池寿命を延ばすかもしれない。そしてその結果、例えば保証コストを削減するかもしれない。

本発明は付属の請求の範囲にのみ制限されるべきであって、上述したことは全く限定されることなく、単に代表的なものとして理解されるべきである。本発明の趣旨と範囲内において、本発明の原理を具体化する既知の技術の１つによって、さまざまな代替及び変更がなされ得る。

典型的な実施形態における、本発明に関する組電池の簡素化した概略図及び構成図である。 本発明に関する方法を説明するフローチャートである。 組電池における個別セルに対するエネルギー供給及び再生エネルギー受入曲線のグラフである。

Claims (17)

1. ある用途に使用するために好適な、複数のセルを有する再充電可能な組電池の制御方法であって、
   （i）用途の作動の間に収集された使用データと（ii）あらかじめ設定された予測使用データのうち少なくとも１つに基づいて、前記組電池に対する所望の放電供給率を決定するステップと、
   （i）前記用途の作動の間に収集された再生データと（ii）あらかじめ設定された予測再生データのうち少なくとも１つに基づいて、前記組電池に対する所望の再生エネルギー受入を決定するステップと、
   前記決定された所望の放電供給率及び再生エネルギー受入に基づいて、前記複数の個別セルに対するそれぞれの目標の充電状態（ＳＯＣ）を決定するステップと、
   前記それぞれの目標の充電状態（ＳＯＣ）に従って、前記組電池の前記個別のセルを充電するステップと、
   を備えることを特徴とする再充電可能な組電池の制御方法。
2. 前記それぞれの目標の充電状態（ＳＯＣ）を決定する前記ステップは、前記所望の放電供給率及び前記所望の再生エネルギー受入に適用されるそれぞれの重み付け係数を決定するサブステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記それぞれの目標の充電状態（ＳＯＣ）を決定する前記ステップは、（i）包括的な最小充電状態又は（ii）前記組電池に対する所望の最小エネルギー容量の少なくとも１つに基づいてさらに実施されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記個別のセルに対して決定される前記それぞれの目標の充電状態は、セル間で異なることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 再生エネルギー受入の所望の水準を決定する前記ステップは、個別セルの内部インピーダンス測定を含むように前記再生データを選択するサブステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 所望の放電供給率を決定する前記ステップは、時間の関数として前記個別セルから導き出される電力の電気的特性の測定を含むように前記使用データを選択するサブステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記セルに対する前記それぞれの目標の充電状態を決定するための前記電気的特性の測定に基づいて、第１の負荷パターンを決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 第２の負荷パターンを決定することをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記それぞれの目標の充電状態（ＳＯＣ）の水準を決定する前記ステップは、前記第１の負荷パターン及び前記第２の負荷パターンを均衡化するサブステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記組電池に対する前記用途は、推進のため及び再生エネルギー生成のため択一的に構成される発電電動機を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. ある用途に使用することに好適な再充電可能な組電池で、
    組電池の入出力端子において電力を生成するように、セルそれぞれが構成される複数の蓄電池セルと、
    用途の作動の間に収集された使用データとあらかじめ設定された期待使用データのうち少なくとも１つに基づいて、前記組電池の所望の放電供給率を決定するための手段と、
    前記用途の作動の間に収集された再生データとあらかじめ設定された期待再生データのうち少なくとも１つに基づいて、所望の再生エネルギー受入を決定するための手段と、
    前記放電供給率及び前記再生エネルギー受入に基づいて、前記蓄電池セルの各々に対するそれぞれの目標の充電状態（ＳＯＣ）を計算するための手段と、
    前記それぞれの目標の充電状態（ＳＯＣ）に従って、前記蓄電池セルを充電する手段と、
    を備えることを特徴とする再充電可能な組電池。
12. 前記データは、前記セルのインピーダンス測定を含むことを特徴とする請求項１１に記載の組電池。
13. 前記データは、時間の関数として前記セル（単数又は複数）から導き出される電力の電気的特性の測定を含むことを特徴とする請求項１２に記載の組電池。
14. 前記計算手段は、前記インピーダンス水準の測定及び前記電気的特性の測定を使って、前記蓄電池セル（単数又は複数）に対する前記所望の充電状態を決定するように構成される中央処理装置（ＣＰＵ）を含むことを特徴とする請求項１３に記載の組電池。
15. 前記それぞれの目標の充電状態（ＳＯＣ）を計算するための前記手段は、前記所望の放電供給率及び前記所望の再生エネルギー受入に適応するそれぞれの重み付け係数を決定するための手段を含むことを特徴とする請求項１１に記載の組電池。
16. 個別のセルに対する前記目標の充電状態を決定するための前記手段は、（i）包括的な最小充電状態、又は（ii）前記組電池に対して所望の最小エネルギー容量のうち少なくとも１つにさらに応答することを特徴とする請求項１５に記載の再充電可能な組電池。
17. 充電のための前記手段は、セル間において異なる充電状態の水準まで前記蓄電池セル（単数又は複数）を充電する１つのユニットを含むことを特徴とする請求項１１に記載の再充電可能な組電池。