JP6910437B2 - 電池を保管するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項の前提部分に記載の電池を保管するためのシステム及び方法に関する。

再充電可能な電池の使用数は増加している。適用分野は、例えば電気自動車及び／もしくはハイブリッド自動車における電気モビリティ、並びに／又は例えば風力発電所もしくは太陽熱発電所における定置のエネルギー貯蔵装置である。電池を交換することが望ましい場合、後の時点で別の用途で再び使用するために、電池を一時的に保管する必要がある場合がある。現在、電池は保管のために単に包装され、直接に監視されることなしに保管される。

本発明は、電池を保管するためのシステムに基づいており、電池の性能及び機能が保管中に保持されることが望ましい。

本発明の核心は、システムが、少なくとも１つの電池セルと、電池制御装置と、中央制御手段と、中央電圧源とを有する少なくとも１つの電池を有し、電池制御装置が、中央制御手段に信号を伝送するように接続され、電池制御装置が中央電圧源から給電されていることである。

本発明の背景は、局所的な電池制御によって電池が制御可能及び監視可能であることである。電池制御装置は中央電圧源から給電される。したがって、電池制御装置は保管中には電池自体から給電されず、電池の状態にかかわらず作動可能である。

電池制御装置は中央制御手段によって制御される。有利には、電池制御装置は規則的な時間間隔で中央制御手段によってスイッチオン可能であり、読出し可能である。

したがって、有利には電池のステータスを規則的な時間間隔で監視することができ、電池の負荷及び結果として生じる経年劣化及び電池制御を低減することができる。

本発明のさらなる有利な実施形態が従属請求項の対象である。

有利な実施形態によれば、電池制御装置は、電池のステータスデータ、特に
識別番号、及び／又は
エラーステータス、及び／又は
容量及び／又は
充電状態、及び／又は
セル電圧、及び／又は
セル温度
を記憶するための記憶手段を有する。

この場合、電池のステータスデータを、電池制御装置によって規則的な時間間隔で読み出し、メモリ手段に記憶することができることが利点である。有利には、記憶手段は、不揮発性メモリ、例えば、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリとして実施可能であり、したがって、ステータスデータは、電池制御装置のスイッチオン後にすぐに利用可能である。

有利な実施形態では、中央制御手段は、電池のステータスデータを評価し、及び／又は電池のステータスデータを限界値と比較するように構成されており、限界値を超過した場合及び／又は下回った場合には中央制御手段によって安全機能を実施することができる。したがって、欠陥のある電池には中央制御手段によって目印を付けられる。欠陥のある電池は倉庫から識別し、取り除くことができる。これにより、保管コストを低減することができる。

有利には、安全機能は、
電池、及び／又は電池制御装置のスイッチオフ、及び／又は
電池の充電、及び／又は
電池の放電、及び／又は
電池の急速放電、及び／又は
電池の安全機構、特に圧力逃がし弁及び／又は冷却機構の起動である。

さらに、中央電圧源が低電圧源、特に２４ボルト電源又は１２ボルト電源として構成されている場合には有利である。これにより、電池制御装置を作動するために必要な電圧のみが提供される。電池のための手間のかかる高電圧源を節約することができる。

別の有利な実施形態では、システムは、電池を充電及び／又は放電するための充電装置をさらに有する。有利には、充電装置は高電圧源として構成されている。この場合、電池が充電又は放電される場合にのみ充電装置がスイッチオンにされることが利点である。

好ましくは、中央制御手段によって電池制御装置がスイッチオン可能及び／又はスイッチオフ可能であり、特に、電池制御装置はアクティブ状態からスタンバイモードに移行可能である。このようにして、連続作動時と比較して電池制御装置の負荷及び結果として生じる経年劣化を低減することができる。

有利には、システムは電池が配置される収容装置を有し、収容装置は接点を有し、この接点は、電池制御装置を中央制御手段及び／又は中央電圧源に接続するために適している。有利には、接点は、電池制御装置と中央制御手段及び／又は中央制御手段との接続を迅速かつ安全に実施することができるように、プラグコネクタ部品又はクリックコネクタ部品として構成されている。

別の有利な実施形態によれば、システムは複数の電池を有し、それぞれの電池はそれぞれの電池制御装置を有し、それぞれの電池制御装置は中央制御手段に信号を伝送するように接続されている。この場合、単一の中央制御手段によってシステム内の複数の電池を監視し、制御することができることが利点である。

さらに、電池制御装置がバスシステムによって中央制御手段に接続されている場合には有利である。したがって、電池制御装置と中央制御手段とは安全な通信システムによって相互接続されている。

好ましくは、バスシステムはマスタ・スレーブシステムとして構成されており、中央制御手段はマスタとして機能し、電池制御装置はスレーブとして機能する。この場合、電池制御装置を中央制御手段によって制御することができ、特にスイッチオン及び／又はスイッチオフできることが利点である。

本発明の本質は、特に上述したような、又はシステムに関連するいずれか１つの請求項に記載のシステムによって電池を保管する方法において、
第１の方法ステップでは、中央制御手段が、電池のステータスデータを中央制御手段に送信するように電池制御装置に要求し、
第２の方法ステップでは、電池制御装置が、要求されたステータスデータを中央制御手段に送信し、
第３の方法ステップでは、中央制御手段が、電池のステータスデータを評価し、
第４の方法ステップでは、バッテリのステータスデータがそれぞれの臨界限界値を下回った場合に、中央制御手段によって安全措置が実施される
ことである。

本発明の方法の背景は、局所的な電池制御によって電池が制御可能かつ監視可能であることである。

電池制御装置は中央制御手段によって制御される。有利には、電池制御装置は規則的な時間間隔で中央制御手段によって読み出すことができる。

本発明の他の有利な実施形態が方法に関する従属請求項の対象である。

さらに、第５の方法ステップで、電池制御装置が中央制御手段によって停止され、特に、電池制御装置がアクティブモードからスタンバイモードに移行される場合、有利である。したがって、電池制御装置は、中央制御手段が電池制御装置と通信する場合又は電池制御装置が電池を制御する場合にのみスイッチオンされている。

好ましくは、このために第１の方法ステップの前に、又は第１の方法ステップと同時に、電池制御装置は中央制御手段によって起動される。

有利には、電池制御装置は、スタンバイモードからアクティブモードに移行される。スタンバイモードでは、電池制御装置は中央制御手段からコマンド、特に起動合図を受信するように構成されている。

有利には、連続作動時の電池又は電池制御装置と比較して、電池及び電池制御装置の負
荷及び結果として生じる経年劣化を低減することができる。

好ましくは、第１の方法ステップで選択されたステータスデータが中央制御手段によって要求される。これにより、ステータスデータの伝送時間を短縮することができる。

好ましくは、第２の方法ステップで、電池制御装置は、電池制御装置の記憶手段に記憶されている電池のステータスデータを読み出す。有利には、記憶手段は、不揮発性メモリ、例えば、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリとして実施可能であり、したがって、ステータスデータは、電池制御装置のスイッチオン後にすぐに利用可能である。

有利には、第３の方法ステップで、ステータスデータは中央制御手段によって、それぞれのステータスデータタイプに割り当てられた限界値と比較される。このために、中央制御手段は、それぞれの限界値が記憶されている中央記憶手段を有する。

好ましくは、第４の方法ステップで、安全措置として電池がスイッチオフされ、及び／又は放電され、及び／又は急速放電され、及び／又は充電され、及び／又は電池の安全機構が起動される。

さらに電池制御装置が中央電圧源から給電される場合には有利である。したがって、電池制御装置は保管中に電池自体から給電されず、電池の状態にかかわらず作動される。

有利な実施形態では、中央制御手段は規則的な時間間隔で電池を充電及び放電し、電池は最大限界値未満の第１の値まで充電され、続いて最小限界値を超える第２の値まで充電される。この場合、最小限界値及び最大限界値、並びに２つの充放電サイクルの間の時間間隔は、電池の状態に応じて、例えば、電池の経年劣化及び容量に応じて、選択される。有利には、充放電制御によって電池の寿命を延ばすことができる。

以下に、本発明の他の特徴をもたらす実施形態に基づいて本発明を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されない。これらの実施形態は図面に示されている。

本発明による電池を保管するためのシステムの概略図である。

図１は、電池３を保管するための本発明によるシステムを示す。電池を保管するためのシステムは、少なくとも１つの電池３と、中央電圧源５、特に低電圧源と、中央制御手段１と、電池３のための少なくとも１つの収容装置４とを有する。

好ましくは、電池３を保管するためのシステムは、電池セルを充電及び／又は放電するための充電装置６、特に高電圧充電装置を有する。充電装置６は、高電圧線によって少なくとも１つの電池３に導電接続される。充電装置６は、中央制御手段１にデータを伝送するように接続されている。

収容装置４は、電池制御装置２を中央制御手段１及び／又は中央電圧源５に接続するために適した接点を有する。例えば、接点は、電池制御装置２を中央制御手段１及び中央電圧源５に接続するためのプラグコネクタ部品、特に３極プラグコネクタ部品として構成されている。代替的には、プラグコネクタ部品は５極に構成されており、電池制御装置２を中央制御手段１及び中央電圧源５に接続し、電池３を電池３のための充電装置６に接続するように構成されている。

この場合、電池３は再充電可能な電池、特に電気化学的電池セル、及び／又は、少なくとも１つの電気化学的電池セルを有する電池モジュール、及び／又は、少なくとも１つの電池モジュールを有する電池パックであると理解される。電池セルは、リチウムベースの電池セル、特にリチウムイオン電池セルとして構成可能である。代替的には、電池セルは、リチウム−ポリマー電池セル又はニッケル−金属水素化物電池セル又は鉛−酸電池セル又はリチウム−空気電池セル又はリチウム−硫黄電池セルとして構成されている。

電池３は、少なくとも１つの電池制御装置２を有する。電池制御装置２は、電池３のステータスデータ、特に、
識別番号及び／又は
エラーステータス及び／又は
容量及び／又は
充電状態及び／又は
セル電圧及び／又は
セル温度
を記憶するように構成されている記憶手段を有している。

中央電圧源５は、電池制御装置２に導電接続されている。好ましくは、中央電圧源５は、中央低電圧源、特に１２ボルト電源として構成されている。

電池制御装置２は、システムの全ての電気的な機能、特に電池３の充電及び放電を制御し、及び／又は電池３を監視するように構成されている。

電池制御装置２は、中央制御手段１に信号を伝送するように接続されている。中央制御手段１は、電池制御装置２をスイッチオン及び／又はスイッチオフにするように構成されている。

電池制御装置２の記憶手段は中央制御手段１によって読出し可能である。記憶手段から読み出されたデータは中央制御手段１の評価手段によって評価することができ、特に統計的に評価することができる。

中央制御手段１は、電池３のステータスデータと比較するための限界値が記憶されている中央記憶手段を有する。中央制御手段１は、ステータスデータを限界値と比較するように構成されている。臨界限界値を超過した場合又は下回った場合には、中央制御手段１はこれに対する応答として安全機能を実施するように構成されている。安全機能は、例えば、
電池３及び／又は電池制御装置２のスイッチオフ、及び／又は
電池３の充電、及び／又は
電池３の放電、及び／又は
電池３の急速放電、及び／又は
電池３の安全機構、例えば圧力逃がし弁及び／又は冷却機構の作動である。

好ましい実施形態では、本発明による電池３を保管するためのシステムは、複数の電池３を保管するように構成されている。このために、電池３は収容装置４内に配置されている。

上述のように、それぞれの電池３は少なくともそれぞれの電池セルとそれぞれの電池制御装置２とを有する。

電池制御装置２は中央電圧源５から給電される。このために、電池制御装置２は中央電圧源５に導電接続されており、電池回路は並列接続で配置されている。

中央制御手段１は、電池制御装置２に信号を伝送するように接続されている。好ましくは、中央制御手段１と電池制御装置２とは、バスシステム、特にマスタ−スレーブバスシステムによって相互接続されている。このために、電池制御装置２はスレーブとして識別番号によってアドレス指定され、中央制御手段１によってバスを介して呼び出される。

中央制御手段１の第１のバス・テレグラムは、好ましくは、アドレス指定されたそれぞれの電池制御装置２をスイッチオンする要求を有する。有利には、アドレス指定されたそれぞれの電池制御装置２はバスを介して中央制御手段１と通信するために、第１のバス・テレグラムによってスタンバイモードから起動される。

中央制御手段１の第２のバス・テレグラムは、それぞれの電池制御装置２をスイッチオフするための要求を有する。有利には、アドレス指定されたそれぞれの電池制御装置２は、中央制御手段１との通信が終了した後に、第２のバス・テレグラムによって待機モードに移行される。

電池３を保管するための本発明による方法は、特に時間的に連続する以下の方法ステップを有する。

ゼロ番目の方法ステップでは、電池３の電池制御装置２は中央制御手段１によって起動され、特に電池制御装置２はスタンバイモードからアクティブモードに移行される。

第１の方法ステップでは、中央制御手段１は、電池のステータスデータを中央制御手段１に送信するように電池制御装置２に要求する。この場合、選択されたステータスデータ又は利用可能な全てのステータスデータが中央制御手段１によって要求される。

好ましくは、ゼロ番目の方法ステップ及び第１の方法ステップは、特に単一のバス・テレグラムによって同時に実施される。

第２の方法ステップでは、電池制御装置２は記憶手段を読み出し、必要なステータスデータを中央制御手段１に送信する。

第３の方法ステップでは、中央制御手段１は、電池３のステータスデータを、特に統計的に評価する。好ましくは、ステータスデータは、中央制御手段１によって、それぞれのステータスデータタイプに割り当てられた限界値と比較され、例えば、電池の充電状態は最小充電状態と比較される。

第４の方法ステップでは、電池３のステータスデータがそれぞれの臨界限界値を超過した場合及び／又は下回った場合に、中央制御手段１によって安全措置が実施される。安全措置として、電池３が、例えばスイッチオフされ、及び／又は放電され、及び／又は急速放電され、及び／又は充電され、及び／又は電池の安全機構が起動される。

第５の方法ステップでは、電池制御装置２が中央制御手段１によって停止され、特に、電池制御装置２がアクティブモードからスタンバイモードに移行される。

好ましくは、本発明による方法は規則的な時間間隔で実施される。

好ましくは、中央制御手段１は規則的な時間間隔で、特に、電池３のステータスデータの限界値を超過したこと及び／又は限界値を下回ったこととは無関係に、電池３の充電及び放電サイクルを実施する。このために、電池３は、容量及び経年劣化に応じて、最大限界値未満である第１の値まで規則的な時間間隔で充電され、続いて、最小限界値を超える第２の値まで放電される。

Claims (18)

1. 電池（３）を保管するためのシステムであって、該システムが、少なくとも１つの電池セルと電池制御装置（２）とを有する少なくとも１つの電池（３）と、中央制御手段（１）と、中央電圧源（５）とを有し、
   前記中央制御手段（１）は、前記電池制御装置（２）から前記電池（３）のステータスデータを読み出すために前記電池制御装置（２）を起動して前記電池制御装置（２）をスタンバイモードからアクティブモードに移行させることが可能であり、かつ、前記電池制御装置（２）の動作を停止させて前記電池制御装置（２）をアクティブモードからスタンバイモードに移行させることが可能であり、
   前記電池制御装置（２）が、前記中央制御手段（１）からの要求に応じて、前記中央制御手段（１）に前記電池（３）のステータスデータを伝送するように接続されており、
   前記電池制御装置（２）が、前記中央電圧源（５）から給電されており、
   前記中央制御手段（１）が、前記電池制御装置（２）から読み出された当該ステータスデータを評価し、及び／又は限界値と比較するように構成されており、
   当該ステータスデータが前記限界値を超過した場合及び／又は下回った場合に、前記中央制御手段（１）によって安全機能が実施可能である
   ことを特徴とする、電池（３）を保管するためのシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記電池制御装置（２）が、前記電池（３）のステータスデータを記憶するための記憶手段を有し、
   前記ステータスデータは、
   識別番号、及び／又は
   エラーステータス、及び／又は
   容量、及び／又は
   充電状態、及び／又は
   セル電圧、及び／又は
   セル温度を示すデータであることを特徴とするシステム。
3. 請求項１又は２に記載のシステムにおいて、
   前記安全機能が、前記電池（３）及び／又は前記電池制御装置（２）のスイッチオフ、及び／又は
   前記電池（３）の充電、及び／又は
   前記電池（３）の放電、及び／又は
   前記電池（３）の急速放電、及び／又は
   前記電池（３）の圧力逃がし弁及び／又は冷却機構の起動であるシステム。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、
   前記中央電圧源（５）が、２４ボルト電源又は１２ボルト電源として構成されているシステム。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、
   該システムが、前記電池（３）を充電及び／又は放電するための充電装置（６）を有し、
   前記充電装置（６）が、前記中央制御手段（１）にデータを伝送するように接続されており、
   前記充電装置（６）が、前記電池（３）に導電接続されていることを特徴とする、システム。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、
   前記電池制御装置（２）が、前記中央制御手段（１）によってスイッチオン可能及び／又はスイッチオフ可能である、システム。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、
   前記システムが、前記電池（３）が配置されている収容装置（４）を有し、
   該収容装置（４）が接点を有し、該接点が、前記電池制御装置（２）を前記中央制御手段（１）及び／又は前記中央電圧源（５）に接続するように適合しているシステム。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、
   前記システムが複数の前記電池（３）を有し、
   それぞれの電池（３）がそれぞれの電池制御装置（２）を有し、
   それぞれの電池制御装置（２）が、前記中央制御手段（１）に信号を伝送するように接続されていることを特徴とするシステム。
9. 請求項８に記載のシステムにおいて、
   前記電池制御装置（２）が、バスシステムによって前記中央制御手段（１）に接続されており、
   前記バスシステムがマスタ・スレーブシステムとして構成されており、前記中央制御手段（１）がマスタとして機能し、前記電池制御装置（２）がスレーブとして機能するシステム。
10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載のシステムによって電池（３）を保管する方法であって、
    第１の方法ステップでは、前記システムの前記中央制御手段（１）が、前記電池制御装置（２）に、前記電池（３）のステータスデータを前記中央制御手段（１）に送信するように要求し、
    第２の方法ステップでは、前記電池制御装置（２）が、要求されたステータスデータを前記中央制御手段（１）に送信し、
    第３の方法ステップでは、前記中央制御手段（１）が、前記電池（３）のステータスデータを評価し、
    第４の方法ステップでは、前記電池（３）のステータスデータがそれぞれの臨界限界値を超過した場合及び／又は下回った場合に、前記中央制御手段（１）が安全措置を実施する方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、
    前記中央制御手段（１）が、前記第１の方法ステップと同時に、前記電池制御装置（２）を起動して前記電池制御装置（２）をスタンバイモードからアクティブモードに移行させる方法。
12. 請求項１０又は１１に記載の方法において、
    第５の方法ステップで、前記電池制御装置（２）の動作を前記中央制御手段（１）によって停止させて前記電池制御装置（２）をアクティブモードからスタンバイモードに移行させる方法。
13. 請求項１０から１２までのいずれか１項に記載の方法において、
    前記第１の方法ステップで選択されたステータスデータを要求する方法。
14. 請求項１０から１３までのいずれか１項に記載の方法において、
    前記第２の方法ステップで、前記電池制御装置（２）が、前記電池制御装置（２）の記憶手段に記憶されている前記電池（３）のステータスデータを読み出す方法。
15. 請求項１０から１４までのいずれか１項に記載の方法において、
    前記第３の方法ステップで、前記中央制御手段（１）が、前記ステータスデータと前記それぞれのステータスデータのタイプに割り当てられた限界値とを比較する方法。
16. 請求項１０から１５までのいずれか１項に記載の方法において、
    前記第４の方法ステップで、前記安全措置として、前記電池（３）をスイッチオフし、及び／又は放電し、及び／又は急速放電し、及び／又は充電し、及び／又は前記電池の安全機構を起動する方法。
17. 請求項１０から１６までのいずれか１項に記載の方法において、
    前記中央電圧源（５）から前記電池制御装置（２）に給電する方法。
18. 請求項１７に記載の方法において、
    前記中央制御手段（１）が、規則的な時間間隔をおいて前記電池（３）を充電及び放電し、
    前記電池（３）を最大限界値未満である第１の値まで充電し、次いで最小限界値を超える第２の値まで放電する方法。

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