FI118656B - Menetelmä ja laitteisto akkukennojen hoitamiseksi - Google Patents

Menetelmä ja laitteisto akkukennojen hoitamiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI118656B
FI118656B FI20065294A FI20065294A FI118656B FI 118656 B FI118656 B FI 118656B FI 20065294 A FI20065294 A FI 20065294A FI 20065294 A FI20065294 A FI 20065294A FI 118656 B FI118656 B FI 118656B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
cells
cell
charge
capacity
charging
Prior art date
Application number
FI20065294A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20065294A0 (fi
FI20065294A (fi
Inventor
Jukka Jaervinen
Original Assignee
Finnish Electric Vehicle Techn
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Finnish Electric Vehicle Techn filed Critical Finnish Electric Vehicle Techn
Publication of FI20065294A0 publication Critical patent/FI20065294A0/fi
Priority to FI20065294A priority Critical patent/FI118656B/fi
Priority to AU2007247082A priority patent/AU2007247082B2/en
Priority to PCT/FI2007/050250 priority patent/WO2007128876A1/en
Priority to EP07730737A priority patent/EP2022127A4/en
Priority to CN200780016305XA priority patent/CN101438452B/zh
Priority to US12/299,434 priority patent/US20090218986A1/en
Publication of FI20065294A publication Critical patent/FI20065294A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI118656B publication Critical patent/FI118656B/fi
Priority to IL195069A priority patent/IL195069A0/en
Priority to NO20085041A priority patent/NO20085041L/no

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12—Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/11—DC charging controlled by the charging station, e.g. mode 4
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/27—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/70—Interactions with external data bases, e.g. traffic centres
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Description

! 118656
Menetelmä ja laitteisto akkukennojen hoitamiseksi
Keksintö liittyy yhtä useamman sarjaan kytketyn akkukennon kunnon valvontaan ja kennoston hoitamiseen lataus-, säilytys-, ja purkusyklien aikana.
5
Sarjaan kytkettyjen kennojen kapasiteetti määräytyy aina heikoimman mukaan. Tyypillisesti kennojen jännitteitä ja lämpötiloja mitataan latauksen ja purun aikana. Lataus lopetetaan, kun mittaus osoittaa jonkin kennon olevan täysi ja purku lopetetaan kun ensimmäinen kenno on tyhjä. Jos tässä tehtä-10 vässä epäonnistutaan esimerkiksi purettaessa kennostoa, yksi kenno tyhjenee ennen muita ja ylipurkautuu. Useimmat akkutyypit vaurioituvat vakavasti, jos napojen polariteetti kääntyy edes hetkeksi. Tämän takia suuria kennos-toja eli useasta kennosta koostuvia akustoja valvotaan yleensä kennokohtai-sesti.
15
Keksinnön tavoitteena on aikaansaada menetelmä ja laitteisto, jolla saadaan sarjaan kytkettyjen kennojen käyttöikää mahdollisimman pitkäksi ja kennoston vaurioitumisriski saadaan minimoitua. Myös pikalataus edellyttää tasaisia ominaisuuksia kennostolta, jotta suurin mahdollinen kapasiteetti saadaan 20 siirrettyä siihen mahdollisimman lyhyessä ajassa.
• · · ·* · :T: Keksinnön mukaisesti kennoja hoidetaan yksilöllisesti. Sen sijaan että pelkäs- tään valvottaisiin, ettei yksikään kenno vaurioidu tai rasitu liiaksi, suoritetaan laajamittaisempaa kennoston kunnon arviointia ja ominaisuuksien manipu-25 lointia. Jos rasitus on sama kaikille kennoille, tulee heikoin kenno vioittumaan • · · muita paljon aikaisemmin. Keksinnön mukaan kaikkia kennoja rasitetaan niiden ominaisuuksiin sopivalla tavalla, jolloin kennojen ominaisuudet lähenevät • * ·*/* toisiaan. Tämä menetelmä muokkaa kennojen ominaisuuksia siten, että ko- • · *·;·* konaisuuden hallinta ja käyttö on huomattavasti yksinkertaisempaa. Kun • · 30 kennot ovat hyvin tarkkaan samanlaisia, voidaan tyhjääkin kennostoa kuor-mittaa rajusti ilman tehokompensaatiota.
• · • ♦ ♦ • * ♦ ··♦ · ·♦· • · · 2 118656
Rasittamisen mitoittamiseen käytetään kokeellisesti testattuja oppivia algo-ritmeja, jotka käyttävät hyväkseen kennoista koottua kokeellista tilastotietoa. Näin tehden akkupaketin kennojen ominaisuudet lähestyvät toisiaan mitä pidemmälle kennoston syklieliniässä mennään.
5
Perinteinen kennojen hallinta ja valvonta on ollut sitä, että vältetään heikoimman akun kuormittamista liikaa. Jotkut järjestelmät ohittavat heikoimman kennon purettaessa, mutta yleensä vain rajoitetaan koko kennoston tehoa heikoimman kennon mukaan. Ladattaessa yleensä vain pysäytetään 10 lataus, kun ensimmäinen kenno on täysi, korkeintaan lopetetaan pienivuoto-virtaisimman kennon lataus muita ennen, jolloin toivotaan saatavan suunnilleen täysi lataus kuhunkin kennoon. Tässä tekniikan tason mukaisessa akku-hoitotavassa on se huono puoli, että näin purettaessa heikoin akku kuormittuu aina eniten ja se käytännössä heikkenee lisää. Mikäli heikoin kenno vau-15 rioituu, sen korvaava uusi on lähes varmasti ominaisuuksiltaan niin paljon muista eroava, ettei kennosto enää toimi tarkoitetulla tavalla. Käytännössä kennojen epätasapaino on niin suuri, että kennoston käyttöikä laskee huomattavasti. Yksittäisen vaurioituneen kennon vaihtaminen ole taloudellista, vaan kannattaa ennemmin vaihtaa koko kennosto kerralla. Eritoten Litium-20 akuissa on ominaisuus, että hyvin pienellä syklillä ei saavuteta suurempaa • · · syklielinikää logaritmisesti. Uusi selkeästi parempi kenno heikkenee ominai- • · · *.*' ! suuksiltaan myös nopeasti vajaan syklisyyden vuoksi. Mittavalla tehokom- • * · ponentilla voidaan eroja kompensoida, mutta se olisi varsin epäedullista.
• · · ·»* · • · · • · · .···, 25 Keksinnön mukaisessa menetelmässä kennoja seurataan yksilöinä, ja niitä • · käsitellään niin, että kennojen ominaisuudet lähenevät toisiaan. Useimmissa olemassa olevissa kehittyneissä järjestelmissä kennoja seurataan yksilöinä, mutta sen sijaan että esimerkiksi havaittaessa yhden kennon olevan suurika- • · φ ,·!; pasiteettisempi kuin muut, sitä ei esimeriksi syväpureta tai yliladata hieman, • ♦· 30 vaan käytännössä muita suurikapasiteettisemman kennon lataus- ja purku- • * . ·. sykli on päinvastoin matalampi verrattuna sen omaan todelliseen sisäiseen • · · * « · *::/ kapasiteettiin kuin muilla kennoilla. Muita parempi kenno siis rasittuu suhteet- • · «·· 3 118656 lisesti muita kennoja vähemmän ja useimpien akkutyyppien tapauksessa kennojen väliset erot kasvavat entisestään. Kennoston ominaisuudet muuttuvat voimakkaasti, joka muodostaa koko kennoston käytön kannalta hallitsemattoman tilanteen. Muuttuvia ominaisuuksia voivat olla esimerkiksi impe-5 danssi ja kapasiteetti. Nämä ominaisuudet muuttuvat epäkohorentisti kaikilla tulevilla sykleillä. Oireita voidaan kompensoida tekniikan tasoisilla menetelmillä, mutta vikaa ei pystytä korjaamaan.
Keksinnön mukainen järjestelmä havaitsee, että ladattaessa tai purettaessa 10 yhden kennon kapasiteetti on muita suurempi. Sen sijaan, että vain lopetettaisiin lataaminen kuin heikoin kenno tulee täyteen, esimerkiksi ladataan vahvinta kennoa hieman enemmän kuin muita. Tällöin vahvin kenno vaurioituu lievästi ja sen kapasiteetti laskee lähemmäksi muita kennoja. Purettaessa latausta, kyllä lopetetaan aina kun yhdenkin kennon jännite laskee liikaa, 15 käytännössä siis purkaminen joudutaan lopettamaan aina heikoimman kennon mukaan. Tätä ominaisuutta vastaan toimitaan kuitenkin ennakoimalla, jolloin kaikista hieman vahvemmista kennoista siirretään "virtuaali-kapasi-teettia" tähän heikompaan kennoon. Ennakointitieto saadaan huolella kerätystä tilastotiedosta laskemalla. Tämän jälkeen voidaan myös seuraavalla . 20 purkusyklillä heikointa kennoa kohdella hieman kevyemmin kuin muita ken- • · · noja, eli esimerkiksi voidaan siirtää energiaa heikointa kennoa avustamaan • · » I, . seuraavan purkusyklin aikana käyttämällä koko kennoston jännitettä käyttä- • ·♦ vää galvaanisesti erotettua yksittäisen kennon laturia.
• · · ··· · • · · *···* .···. 25 Seuraavalla purkusyklillä heikoin akku kuormittuu siis hiukan muita vähem- • · · män ja ero tasoittuu. Tekniikan tason mukaisessa tavassa heikoin kenno ·*·.. kuormittuu joka syklillä suhteessa kapasiteettiinsa muita enemmän ja heik- « :***: kenee tämän takia lisää.
» · * • * mmm * · * * 30 Jotta jäijestelmä toimisi tarkoitetulla tavalla, se pitää kirjaa kunkin kennon . *. latauksesta, purusta, lämpötiloista, käytöksestä sekä muista tarpeellisista • · · "!/ ominaisuuksista. Esimerkiksi, kun jotain kennoa on yliladattu tarkoituksella, • m mmm 4 118656 sen voidaan olettaa jäävän seuraavan purkusyklin lopussa edelleen muita täydemmäksi. Kapasiteettiero kuitenkin on jo huomattavissa heti seuraavalla syklillä kennon käytöksessä. Tämä pitää ottaa huomioon. Kyseistä kennoa voidaan purkaa kennon kunnon vaatimaan tapaan muiden kennojen kanssa 5 siten, että ne saavuttavat tyhjän ja täyden varaustason samaan aikaan. Koska keksinnön mukaisesti tuhotaan tahallisesti yksittäisen kennon kapasiteettia, algoritmit kannattaa pitää melko maltillisina, eli kennojen ominaisuuksia tasapainotetaan vähän kerrallaan. Kennoston toimintaan vaikuttavat lopulliset muutokset saadaan tasapainoiseksi hyvin aikaisessa vaiheessa sen elin-10 kaaressa. Kennojen toimintaa ja muokkaustoimenpiteitä kuitenkin jatketaan koko järjestelmän toiminnan ajan.
Oleellista kennojen seurannan kannalta on sekin, että akkujen lämpötila vaikuttaa huomattavasti niiden käyttäytymiseen. Kunkin kennon lämpötilaa pi-15 tää seurata tämän takia ja pitää siitä kirjaa.
Jotta opitaan lisää kennojen käytöksestä, järjestelmän loogisena ja ohjaavana modulina toimii yleiskäyttöinen keskusyksikkö, esimerkiksi tietokone. Tämä keskusyksikkö valvoo kennostoa ja pitää sisällään tarvittavan tiedon, jolla ··· 20 koko järjestelmän toimintoja ohjaillaan. Järjestelmän keskusyksikköä voidaan ··*· :T: käyttää myös esimerkiksi navigointiin ja sovelluskohteen muiden toimintojen ohjaamiseen. Keskusyksikkö voi käyttää omaa tiedonsiirtoyhteyttä tai järjes-telmään voidaan liittää irrallinen päätelaite, esimerkiksi GPRS-matkapuhelin tiedonsiirtoa varten. Näin voidaan helposti päivittää kennojen hoitoalgoritmit • ♦ * 25 ja saadaan kerättyä huomattava määrä kokeellista tietoa koko järjestelmän käyttäytymisestä verkossa oleville palvelimille.
• · · • * · (t| ·** *»·** Tätä tietoa voidaan käyttää valmistajan toimesta esimerkiksi neuroverkoilla tulevan, tehokkaamman järjestelmän kehittämiseen tai tilastollisilla menetel- *«· 30 millä tehtävän analyysin materiaalina. Tämän etäyhteyden avulla voidaan : myös muunnella algoritmeja eri yksiköissä. Näin saadaan aikaan kaikki myy- dyt yksiköt kattava tutkimusympäristö, joka mahdollistaa paremman järjes- 5 118656 telmän toiminnan asiakkaan hyödyksi. Esimerkiksi asiakas saa tutkittua tietoa, miten omat ajotavat vaikuttavat kennoston kestoon ja mikä on todennäköinen järjestelmän jäljellä oleva elinikä. Voidaan myös määrittää, mikä elinikä olisi, jos esimerkiksi kennoja voisi ladata useammin tai jos ajonopeuksista 5 tinkisi hieman.
Järjestelmän keskusyksikössä on käyttöliittymä ja käyttöjärjestelmä. Käyttöliittymä voi olla esimerkiksi graafinen. Kennoihin liittyvä tieto on luottamuksellista, ja se on vahvasti salatussa tietokannassa, jolloin auton ajohistoriaa ei 10 pystytä lukemaan ilman salausavainta. Tietokannan tiedoista pystyy lukemaan esimerkiksi ajonopeudet, tehotrendit, latausajat, ajetut matkat etäisyyksinä ja graafisina käyrinä, ajoneuvon, kennojen ja ympäristön lämpötilat. Tämän takia on otettava huomioon, että tieto ei saa loukata ajajan intimiteettisuojaa. Käyttäjä sitoutuu noudattamaan käyttöjärjestelmän lisenssiehto-15 ja, joilla turvataan tarpeeksi laaja suoja käyttäjälle sekä tarpeeksi laaja tietomäärä järjestelmän optimaalisen toiminnan saavuttamiseksi. Toinen syy tietojen salaamiseen on, että näin turvataan takuuasioissa tietojen luotettavuus, esimerkiksi kennojen yhteenlaskettu latausmäärä ja käytetyt tehot voivat olla takuuehtojen kohteena, eikä niiden muuttaminen saa olla helppoa.
·:. 20 Myöskään tiedoista ei saa selvitä esimerkiksi paikkakoordinaatteja, joilla voi- *··· *T: täisiin paikantaa järjestelmä rikollisessa mielessä. Paikka koordinaatit elevaa- tiota lukuun ottamatta eivät ole relevantteja.
• · • · ·
• f I
• »I I
Keksinnön mukaiselle menetelmälle, laitteistolle ja ohjelmakoodivälineelle on 25 tunnusomaista se, mitä on vaadittu itsenäisissä patenttivaatimuksissa 1, 6 ja 7. Epäitsenäiset vaatimukset kuvaavat keksinnön edullisia suoritusmuotoja.
:..v Seuraavassa kuvataan keksinnön mukaista järjestelmää kuvion avulla.
• * · • · • · ·· j,:*: Kuvio 1 esittää järjestelmän lohkojen kytkentäkaaviota.
• ·φ 30 : Kuviossa 1 on esitetty yksinkertaistettu keksinnön mukaisen järjestelmän ··· · lohkokaavio. Keksinnön mukaista kennoston Xl, C2, C3" hoitoa valvoo ja 11« 6 118656 ohjaa keskusyksikkö "CPU", jonka yhteyteen on jäljestetty tiedonsiirtoverkko "NW" sekä järjestelmän sisäinen tietoliikenneverkko "BUS" kennojen tietojen keräämistä varten. Samaa yhteyttä voidaan edullisesti käyttää kaikkeen tiedonsiirtoon kaikkien järjestelmän komponenttien kesken. CPU:n yhteydessä 5 on käyttöliittymä, esimerkiksi näppäimistö "KB" tai graafinen kosketusruutu "SCR".
CPU toimii edullisesti myös viihdekeskuksena, navigointilaitteena karttoineen, ajotietokoneena jne. Koelaitteen ohjelmisto pystyy näyttämään yksityiskoh-10 täistä tietoa kunkin kennon historiasta. Esimerkiksi kennojen välisten erojen trendeistä tai lähes tyhjän järjestelmän kennojen jännitteistä kuormitustilanteessa. Näin on saatu verifioitua keksinnön mukaista menetelmää käytännössä.
15 Galvaanisesti erotettu päälaturi "PS" tuottaa akkujen lataukseen tarvittavan tasavirran keskusyksikön CPU ohjaamana. Kennot Cl, C2 ja C3 on kytketty sarjaan, ja niiden kaikkien läpi kulkee päälaturin PS ja kuormanohjaimen "CON" virta. Akkujen valvontalaite "NODE 1", "NODE 2", "NODE 3" on kunkin kennon yhteydessä. Kukin NODE on kytketty tiedonsiirtoverkkoon BUS, jonka 20 avulla keskusyksikkö CPU voi kerätä kennokohtaista tietoa ja ohjata kunkin • t· kennon hoitoa. Kunkin valvontalaitteen NODEn yhteydessä on kunkin kennon
III
*; lämpömittari "T", laturi "S" sekä jännitemittaus "V". Myös muita kennon omi- • · · .*./ naisuuksia mittaavia instrumentteja voidaan liittää järjestelmään, esimerkiksi • · · "V paine- tai kosteusmittareita. Yksinkertaisuuden vuoksi kuvaan ei ole piirretty
I I I
.··*. 25 kaikkia lisälaitteita. Laturi S ottaa virtansa koko kennoston jännitteestä tai • · suoraan päälaturista PS. Laturi S on galvaanisesti erotettu. Mittaus- ja tieto- jenkäsittelyelektroniikkaa varten on esimerkkikokoonpanossa erillinen virta- lähde LPS. Se ottaa virtansa päälaturista PS tai koko akkupaketista. Virtaläh- ,·,*; de LPS voi sisältää myös omat pienet vara-akut, jotka mahdollistaa esimer- • · · 30 kiksi keskusyksikön toiminnan huoltotoiminen aikana, vaikka pääjännitteet • · . *. kytkettäisiin irti.
• I I
• · · 1*1 · ·· • * • · · · 7 118656
Kun päälaturi PS ei ole kytketty ja järjestelmä on purkusyklissä, NODEn yhteyteen toteutettu laturi S purkaa koko kennostoa tarvittaessa ja lataa samaan valvontalaitteeseen NODE 1-3 liitettyä yksittäistä kennoa. Näin saavutetaan hyvin korkea hyötysuhde kennoston tasaustoimenpiteissä purun aika-5 na. Laturien S ja kennoista otettavan energian eroa kompensoidaan latauksen aikana säätämällä päälaturin PS tehoa. CPU tekee kompensaatiolaskelmat ja ohjaa kaikkien latureiden toimintaa. Selvyyden vuoksi kuvassa on vain kolme kennoa Cl - C3, käytännössä kennoja on yleensä enemmän kuin kolme.
10
Kuorman "M" virranottoa eli kennoihin ladatun sähköenergian käyttöä ohjaa piiri CON, joka voi olla esimerkiksi DC-DC-muunnin tai moottoriohjain. Piirien PS ja CON osat voivat olla myös yhteisiä ja toiminnat voivat olla yhdistetty samaan laitteeseen. Se voi myös esimerkiksi ladata kennostoa jarrutettaessa 15 CPUn ohjaamana. Sähköajoneuvoissa on edullista palauttaa jarrutusenergiaa takaisin järjestelmään. CON voi siis toimia tarvittaessa molempiin suuntiin. Keksinnön mukaista laitetta ja menetelmää käytetään edullisesti akkukäyttöi-sen sähkökulkuneuvon yhteydessä. Ajoneuvokäytössä on erityisen tärkeää saada kennosto kestämään mahdollisimman monia lataus- ja purkusyklejä ja 20 suuria lataus- ja purkutehoja. Keksinnön mukainen menetelmä ja laite kui-
Htl tenkin soveltuu myös muihin käyttötarkoituksiin, kuten keskeytyksettömän virransyötön tai myös paikallaan pysyvien akkukennostojen hoitoon, esimer-kiksi tuuli- tai aurinkovoiman yhteydessä.
• * · • · · • · · »»» 25 Keksinnön mukaisessa koelaitteessa NODE on esimerkiksi mikroprosessorioh- jattu, mutta melko yksinkertainen ja edullinen laite. Kaikkien mikroprosesso- !..v rien ja loogisten toimintojen jännitelähteenä on erillinen, varmennettu virta- ·1 '··/’ lähde. Tällöin järjestelmän osien toiminta ei ole riippuvainen itse kyseiseen j.f: NODEen liitetyn kennon varaustilasta, eikä virransyöttö katkea NODEn sulak- »·· 30 keiden palamiseen tai kennoston napajännitteen notkahtaessa.
« · * * · • · · ··· * • · • · ··· 118656 s NODEn yhteydessä voi olla edullisesti saattomuisti, joka tallentaa kennon käyttöhistoriaa. Tiedot ovat henkilötietoturvan ja takuutietojen takia edullisesti salattuna tai ainakin vaikeasti muutettavissa ja luettavissa ulkopuolisten toimesta.
5
Normaalin lataussyklin aikana PS tuottaa CPU:n ohjaamana säädettävän virran ja jännitteen järjestelmän lataamiseksi. Tyypillisesti käytetään esimerkiksi latauksen alussa vaihtelevaa vakiovirtaa ja seurataan kennojen jännitteitä. Jännitteiden noustua lähelle täyden kennon arvoja siirrytään tasauslatauk-10 seen, jos tarve niin vaatii. Tällöin järjestelmän PS syöttää vakiojännitteellä muuttuvaa virtaa riippuen kuinka monta laturia S on käytössä. Kukin kennon valvontalaite NODE valvoo tilannetta ja keskusyksikkö CPU kerää jatkuvasti tätä tietoa. CPU säätää latauksen siten, että virta lähestyy nollaa kaikkien latureiden S tehtyä työnsä. Järjestelmää voidaan ylläpitää tässä tilassa tarvit-15 taessa pitkiäkin ajanjaksoja.
CPU säätää aktiivisesti NODEn toimintaa siten, että optimaalinen lataus on saavutettavissa. Toimintoina voidaan mainita esimerkiksi lievä ylilataus, lämpötilan nostaminen pysäyttämällä kennon jäähdytys, käynnistämällä lämmi- ··· 20 tys, syväpurkamalla yksittäisiä kennoja, suhteellisesti kyseisen kennon todel- ·«·· :T: liseen kapasiteettiin nähden suurempi tai matalampi purkusykli.
• · • · * * · · • · j.i': Tasausta voidaan tehdä päälaturin ollessa käytössä tai purkusyklin aikana.
Käytännössä NODE:n yhteydessä olevat lataus- ja purkuvälineet voivat olla • · · i...: 25 pienitehoisia ja edullisia vakiokomponentteja. Suurta tehoa ei tarvita, koska tehtävät toimenpiteet ovat maltillisen pieniä. Lisäksi toimenpiteitä voidaan tehdä myös muulloin kuin latauksen aikana käyttämällä kennoston yhteistä • · · :·;·** latausta yhden kennon lisälataukseen. Samalla menetelmällä voidaan myös
!.·’ purkaa yksittäistä kennoa käynnistämällä kaikkien muiden kennojen laturit S
30 paitsi purkua vaativan kennon. Mikäli kennostossa on alunperin suuria eroja, • ;*; kannattaa ennemmin vaihtaa heti ensimmäisten latausten jälkeen kennoja ·«· · tasalaatuisempiin kuin yrittää tasapainottaa niitä. Käytännössä keksinnönmu- 9 118656 kaisessa järjestelmässä CPU pyytää käyttäjää varaamaan huoltoajan akkujen takuuvaihtoa varten mahdollisimman pikaisesti tai mahdollisesti järjestelmä varaa ajan automaattisesti lähimmästä huoltopisteestä kulloisenkin sijainnin mukaan. Käyttäjältä voidaan varmentaa sopivatko ajankohdat käyttöliittymän 5 kautta.
Koska järjestelmä pystyy lataamaan ja purkamaan yksittäistä kennoa hallitusti, se pystyy vähentämään tai lisäämään kyseisen kennon rasitusta lataus-, säilytys- tai purkusyklin aikana. Kennokohtainen lämpötilanmittaus tarvitaan, 10 koska kennon ominaisuudet muuttuvat lämpötilan funktiona. Lisäksi läm-mönkehitys kertoo kennon kunnosta. Ladattaessa jo täyttä kennoa kehittyy huomattava lämpöteho, joka tuhoaa kennon nopeasti ja aiheuttaa vakavan vaaratilanteen. Tämänkin takia kennon lämpötilaa on pakko seurata. Voidaan tehdä myös ohjelmistosta riippumaton ylikuumenemissuoja, joka ohittaa kai-15 ken muun ohjauksen ja avaa akun virtapiirin lukuunottamatta jäähdytystuu-lettimia. Ylikuumentuessaan akku voi oikosulkeutua, jolloin vapautuu lyhyessä ajassa valtava energiamäärä. Monissa edistyneissä akkukennoteknologi-oissa tämä tarkoittaa tulipaloa.
·:· 20 Edelleen keksinnönmukaisessa järjestelmässä on edullisesti tiedonsiirtolait- teet "MT", joilla voidaan siirtää kennojen kunnonseurantatiedot analyysejä varten tuotekehityksen tarpeisiin muille ulkoisille medioille. Lisäksi samoja : välineitä voidaan käyttää ohjelmiston tai hoitoalgoritmin päivittämiseen. Väli- * neet MT voi olla kiinteästi osa laitteistoa, esimerkiksi GPRS-modeemi, 3G tai 25 WLAN. Tiedonsiirtolaitteet voivat siirtää tietoa myös langallisesti esimerkiksi huoltojen tai latausten yhteydessä, käyttämällä langallista yhteyttä ETH.
• · · * * ♦ ··· * · *:*' Myös matkapuhelinta voidaan käyttää esimerkiksi Bluetooth -yhteyden avulla • * : tiedonsiirtoon ja käyttöliittymänä. Käytännössä jo lähitulevaisuudessa sähkö- *·· 30 autojen huoltoväli lienee niin pitkä, ettei pelkkien huoltojen avulla saada ke-rättyä riittävän tiheästi tietoa. Tämä johtuu siitä, että sähköautossa on huo-’[[[: mattavasti vähemmän kuluvia ja huoltoa kaipaavia osia kuin polttomoottori- 118656 ίο autossa. Esimerkiksi jarrupalojen kuluminen on huomattavasti vähäisempää, voimansiirron kuluvat osat rajoittuvat pyörien laakereihin, pyöränripustuskin voidaan rakentaa nykyistä yksinkertaisemmaksi ja kori saadaan rakennettua yksinkertaisemmaksi.
5
Koska uusimpien akkuteknologioiden huoltoväli on parhaimmillaan noin 300.000 km tai 20 vuotta, tarvitaan akkujen kunnon seuraamiseen ja tiedon keräämiseen helpompia tapoja. Normaaliajossa auto saattaa käydä huollossa joka viides vuosi. Tuotekehityksen tarpeisiin tämä on liian pitkä sykli, joten 10 kennojen käyttödataa on edullista kerätä muutenkin kuin huoltojen yhteydessä. Kuten edellä mainittiin, tavoitteena on muodostaa kaikki myydyt yksiköt kattava tiedonkeruujärjestelmä, jonka avulla laitevalmistaja saa tärkeää tietoa ja asiakasta voidaan palvella ennakoivalla tiedolla ja uusimmilla hoito-algoritmeilla. Järjestelmän käyttöliittymää voidaan myös käyttää sopimuksen 15 edellyttämällä tavalla markkinointiin ja tiedottamiseen.
Järjestelmä voi myös mitata kunkin kennon kapasiteetin tarkkaan ja tyhjentää kunkin kennoston kunkin kennon tiettyyn varaustasoon käyttämällä latu-reita S. Ohjaava keskusyksikkö CPU pystyy laskemaan kennoston kautta kul-20 kevan yhteisen virran päälaturin PS:n, IMODEn ja virranmittausyksikön "AM" *««· :*·*; tietojen perusteella. Virranmittausyksikkö mittaa virran aikaintegraalia eli • kennojen kautta kulkevaa varausta. Integrointi tehdään joko itse mittalait-i #:’j teessä AM tai sen laskee keskusyksikkö CPU. Kukin yksittäistä kennoa käsit- televä NODE taas mittaa tai laskee akun rinnalle tulevan laturin S virtaa ja 25 akun napojen yli vaikuttavaa jännitettä, sekä muita tarpeellisia parametrejä. CPU pystyy laskemaan kennojen yhteisen kapasiteetin ja hyötysuhteen hyö-dyntämällä mitattuja parametrejä. Lisäksi kunkin kennon mittaustuloksista ja !···** kennojen rinnalle kytkettyjen latausvälineiden tiedoista saadaan laskettua kunkin kennon erot muihin kennoihin. Erot saadaan yleensä mitattua tar-30 kemmin kuin yhteinen kapasiteetti. Tämä mahdollistaa kennojen tarkan tasa- • painottamisen. Käytännössä koko järjestelmän ominaisuudet ovat arvioita IM ·
IM
• * • ·
IM
11 1 1 8656 parhaimmillaankin, mutta kennojen keskinäiset erot saadaan mitattua riittävällä tarkkuudella.
Koska järjestelmän laturit S ja PS ovat edullisesti hakkuritekniikalla toteutet-5 tuja ja hyötysuhteeltaan hyviä, on kokonaishyötysuhde hyvä, vaikka esimerkiksi muita heikomman kennon toimintaa helpotetaan lataamalla sitä purun aikana ja vastaavasti lataamalla muita kennoja enemmän lataussykiin aikana. Sama yksittäisen kennon rasituksen väheneminen saadaan aikaan myös, jos lataussykiin aikana laturi S toimii käänteiseen suuntaan, eli syöttää virtaa 10 laturin PS rinnalla ja ohjaa näin osan laturin S hoitaman kennon läpi kulkevasta latausvirrasta kennon ohi ja syöttää sen takaisin kaikkien kennojen la-tausvirraksi.
Muita hieman heikompaa kennoa voidaan siis käyttää vähemmän syvällä la- 15 taus- purkusyklillä kunnes muut kennot ovat lähestyneet kapasiteetiltaan heikompaa kennoa. Näin saadaan tasapainotettua kennoja hyvällä kokonais- hyötysuhteella ja hukkaamatta minkään kennon kapasiteettia turhan takia.
Käytännössä esimerkiksi 0.5 % muita pienikapasiteettisemman kennon lataus ja purku voidaan suorittaa 99% syvyisellä syklillä muihin kennoihin nähden.
·:· 20 Näin muut kennot rasittuvat suhteellisesti hieman enemmän ja kennojen väli- :T: set erot tasoittuvat. Silti koko akkupaketin kapasiteetti on perinteistä mene- telmää tarkemmin käytössä, koska vain muita heikomman kennon kapasi- I.·*: teettia jätetään tahallisesti hieman käyttämättä. Koska heikomman kennon \2*J toiminnan helpottaminen tehdään hyvähyötysuhteisilla, halvoilla ja pienite- *·» 25 hoisilla hakkureilla, arvokasta energiaa ei menetetä eikä synny lämpötehoa turhaan. Esimerkiksi 1000 Ah akustossa 1 % on lOAh, eli purku- ja lataus-:.:.Σ syklin ollessa esimerkiksi 5 h tarvitaan 2 A keskimääräinen lataus- ja purku-
• M
Σ···: virta 1% pienemmän lataus-purkusyklin aikaansaamiseksi. Käytännössä esi- j.:*: merkiksi 1000 Ah kennosto on ainakin ajoneuvokäytössä iso, ja 5 tunnin la-
30 tausaika vaatii 200A latausvirtaa, ja esimerkiksi 100V käyttöjännitteellä 20kW
« •tehoa. Tällöin siis yksittäisen kennon laturin S tehovaatimus on esimerkin ·«· · ·***: mukaan 4 V latausjännitteellä vain 8W. Lisäksi eri menetelmiä voidaan yhdis- ··· 12 118656 tää, eli esimerkiksi purkaa yhtä kennoa IA ja ladata muita IA virralla, tai voidaan aiheuttaa kennojen välille lämpötilaerojen avulla eri latausolosuhteet esimerkiksi vähentämällä jäähdytystä. Nykyiset kennot kestävät huomattavan suuria latausvirtoja, ja mikäli latausaika on hyvin lyhyt, voidaan kennoja ohit-5 taa hetkellisesti latauksen aikana, jolloin ei tarvita tehokkaita latureita S. Toisaalta kennojen tasapainotusta latausta säätämällä voidaan yleensä tehdä ainakin useamman kerran viikossa yön yli ladattaessa tai käytettäessä jatkuvasti pikalatausta, voidaan silti rasittaa kennoja monilla muilla tavoilla ja aikaansaada keksinnön mukainen lopputulos.
10
Muita vahvemman kennon tahallinen ylilataus voidaan purkusyklin aikana purkaa muita syvemmälle lataamalla kaikkia muita kennoja purkusyklin aikana. Tässäkin tapauksessa muita vahvemman kennon lataus tulee käytetyksi melko hyvällä hyötysuhteella muita kennoja ladattaessa. Tässäkin tapaukses-15 sa voidaan käyttää muita vahvemman kennon laturia S käänteisen suuntaan purkusyklin aikana. Keksinnön edullisen sovellusmuodon mukaan voidaan siis paitsi tasata kennojen eroja, myös käyttää kennojen kapasiteettia entistä tarkemmin hyväksi jättämättä akkujen kapasiteettia käyttämättä tai hukkaamatta energiaa.
20 • · ♦ ·
Keksinnön mukaisesti voidaan myös tuhlata energiaa, käyttämällä esimeridksi vain yhtä jännite- ja virtasäätyvää yhteistä laturia ja hukkaamalla kennojen • · : tehoja vastuksiin. Tällöin voidaan ohittaa kennoja ladattaessa käyttämällä lataukseen pientä rajoitettua virtaa muille kennoille tai yksinkertaisesti sen 25 sijaan, että yhtä kennoa ladataan, kaikkien muiden kennojen latausta puretaan esimerkiksi vastuksen avulla. Ajoneuvokäytössä tapa kuitenkin on vä- * hemmän edullinen, koska se tuottaa huomattavasti lämpöä ja tuhlaa muu- • 1 1 tenkin rajallista kapasiteettia. Energian tuhlaaminen voidaan hyväksyä hei- * pommin esimerkiksi mökkikäyttöisen aurinkokennokäyttöisen laturin yhtey-30 dessä, koska kun akut ovat täynnä, energiaa on joka tapauksessa yli tarpeen, * : .·· eivätkä lataustehot ole suuria.
• · · ··· · · • · • · • tl ,, 1 1 8656
On huomattava, että hyvälaatuisen järjestelmän kennot ovat ominaisuuksiltaan hyvin lähellä toisiaan. Valmistaja voi mitata kennojen ominaisuuksia ja valikoida mahdollisimman samanlaiset kennot samaan järjestelmään. Käytännössä siis kennojen erot pitäisi olla alle prosentin luokkaa. Tämä tuntuu 5 pieneltä erolta, mutta koska nykyisen tekniikan tasolla käytetty heikoimman kennon mukaan toimiminen heikentää heikointa kennoa entisestään. Lopputuloksena on akkupaketin eliniän huomattava lyheneminen verrattuna siihen, mihin keksinnön mukaisella järjestelmällä päästään. Käytännössä NODE:n yhteydessä olevan laturin S tehoksi riittää siis muutaman watin teho, vaikka 10 kennon kapasiteetti olisi yli lOOOAh.
Osat V, T, S ja NODE voivat olla edullisesti samassa piirilevyssä, joka on kiinnitetty kuhunkin kennoon.
15
Nykyiset yksittäiset kennot kestävät jotain tuhansia lataus-purku-syklejä par-hailiakin tekniikan tason mukaisilla järjestelmillä. Yleensä ilmoitetaan esimerkiksi 60% nimelliskapasiteetista säilyvän vähintään 2000 latauskertaa. Sarjaan kytkettynä tekniikan tasoisilla järjestelmillä syklielinikä voi pudota jopa 20 alle 200:n. Prototyyppikokeiden mukaan keksinnön mukainen järjestelmä • · * * ··:*; pidentää järjestelmän ikää vähintään yksittäisen kennon elinikään. Lisäksi :*·.· järjestelmän kuormitettavuus ja käyttömukavuus paranee.
• ♦ • · • · · • * · ··* ·
Keksinnön mukaisella järjestelmällä varustetulle sähköajoneuvolle voidaan 25 taata taloudellisesti riittävän pitkä käyttöikä. Koska akkujen uusimiskulut on merkittävin yksittäinen sähköajoneuvon käyttökulu, keksinnön mukaisella :..v menetelmällä voidaan vaikuttaa sähköajoneuvon kokonaistaloudellisuuteen • * · huomattavasti. Tästä voi seurata sähköajoneuvoteknologioiden yli 140 vuotta : odotettu läpimurto. Lisäksi keksinnön mukaisesti tasapainotetun kennoston 30 ominaisuudet tunnetaan tarkasti. CON voi sallia melko tyhjänkin kennoston m : ;·; rajun kuormittamisen ilman pelkoa kennojen tuhoutumisesta.
* · · · • · · * * • « *·· 14 1 1 8656 Sähköajoneuvon käyttäjän kannalta tämä tarkoittaa käytännössä lisää käyttökelpoista toimintasädettä ja ajoneuvovalmistaja voi sallia suurempien tehojen käytön myös puolityhjille kennoille. Pitää muistaa, että vaikka kennojen valvontalogiikka ehtisi rajussa kiihdytyksessä rajoittaa tehoja ennen kennon 5 vaurioitumista, tehojen rajoittaminen yllättäen voi aiheuttaa onnettomuuden. Keksinnön mukainen järjestelmä tietää jäljellä olevan turvallisesti käytettävän kapasiteetin tarkemmin, jolloin yllätysriski ajon aikana pienenee. Myöskin reserviin jätettävän kapasiteetin avulla tehopiikki voidaan ottaa aina tyhjäksi asti.
10 Tästä seuraa myös mahdollisuus siirtää ajoneuvoa kapasiteetin loputtuakin turvallisempaan paikkaan, jos näin pääsee käymään. Järjestelmä pääsääntöisesti jättää suojaetäisyyttä niin ylä- kuin alapäähän sykleissä, jotta elinikä kennostolle paranisi. Tätä varakapasiteettia voidaan käyttää hätätilanteessa.
15
Teknologisesti voidaan myös todeta, että keksinnön mukaisella järjestelmällä voidaan sallia korkeampi integraatiotaso ajoneuvovalmistajan kanssa. Toisin sanoen voidaan akusta rakentaa ajoneuvon rakenteisiin siten, että sen huollettavuus ei ole sijoittelua rajoittava tekijä. Akusto voidaan rakentaa osaksi 20 ajoneuvon kantavia rakenteita. Tämä menetelmä saattaa pudottaa ajoneu- • * · · von valmistuskustannuksia merkittävästi.
• · • · · • · · • m : Näyttäisi siltä, että keksinnön mukainen kennojen hoito olisi yksi merkittävä askel eteenpäin kehitettäessä jokapäiväiseen käyttöön sopivaa kokonaisedul- :.1? 25 lista ja mukavaa sähköajoneuvoa. Keskusyksikön CPU tilalla voi olla tässä kuvattua älykkäämpiä kennokohtaisia laitteita, jotka neuvotelevat keskenään :.:V ilman keskuslaitetta. Järjestelmiä voi olla myös kaksi tai useampi rinnan tai ·· sarjassa tai kokonaan erillisinä laitteina luovuttamassa energiaa esimerkiksi valtamerilaivoissa erikseen liikkumiseen ja valaistukseen. Tällöin tasapainote-30 taan kokonaisuudessaan monimutkaisempia kokonaisuuksia. Järjestelmien φ : osat voivat olla myös maantieteellisesti erillään edellytyksenä, että tiedonsiir- ♦ ·· · :1: toverkko NW toimii odotetulla tavalla. Näin voidaan esimerkiksi yhden käyttö- ··· 15 118656 liittymän kautta operoida ja seurata jopa tuhansia eri järjestelmiä ympäri maailmaa.
Lisäksi järjestelmässä voi olla erityyppisiä akkukennoja tai voidaan käyttää 5 superkondensaattoreita tai muita teholähteitä suuren hetkellisen virran synnyttämiseen tai varauksen siirtoon järjestelmästä toiseen. Nämä erilaiset variaatiot kuuluvat patentin suojapiiriin, vaikka keksinnön sovelluksen kuvauksessa ei ole selostettu kuin yksinkertaisen koelaitteiston toiminta.
• · · ·«·* ·· • · · • · · • · • · · • ·♦ • · • · • · · • · · ··· • · · · · M· • · · • · • * *·· • · · • · · ··· ··· • * • · ··» * • · * · * • * · ·«» · ··· • · • · • f» m • · • · · * * ·*· * 1 • · • i

Claims (7)

1. Menetelmä ladattavien sarjaan kytkettyjen kennojen (Cl, C2, C3) hoitamiseksi yksilöllisten mittausten avulla, jossa kutakin kennoa seurataan sen lata- 5 us-, varastointi- tai purkusyklin aikana kennon ominaisuuksien mittaamiseksi, tunnettu siitä, että kennojen välisiä ominaisuuseroja tasapainotetaan tuhoamalla tahallisesti muita paremman kennon kapasiteettia ylilataamalla, purkamalla, aiheuttamalla muita kennoja suurempaa lämpenemistä tai jollain muulla tavalla rasittamalla ainakin yhtä kennoa kerrallaan. 10
1 1 8656
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yksittäisen muita heikomman kennon tai kennojoukon toimintaolosuhteita helpotetaan esimerkiksi sallimalla pienempi suhteellinen purku- tai lataussykli, tai säätämällä lämpötilaa optimaalisemmaksi ja näin rasitetaan muita kennoja 15 suhteellisesti enemmän niiden ominaisuuksien tuhoamiseksi.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, jossa kennon rasittaminen tehdään pienitehoisilla kennokohtaisilla hakkureilla (S).
4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu • · · ·;;; siitä että menetelmään kuuluu lisäksi vaihe, jossa kennoja koskevaa mittaus- • * · ':* 1 tietoa kootaan useammasta kennostosta hoitomenetelmien kehittämiseksi ja φ · · testaamiseksi. • · · • · · ··· · • · · • · ·
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mene- • · telmään sisältyy vaihe, jossa hoito-ohjelmistot tai parametrit päivittyvät jouk- ;·. koon kennoja hoitavia laitteita etäältä.
• ·· • · * » • * • · · / . 6. Laitteisto kennojen hoitamiseksi, jossa laitteistossa on välineet akun ken- • ·· 30 nojen mittaamiseksi, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää välineet akun φ φ kennojen välisten erojen ominaisuuseroja tasapainottamiksi tuhoamalla ta- φ · · hallisesti muita paremman kennon kapasiteettia ylilataamalla, purkamalla, φ φ φ φ φ«φ 17 1 1 8656 aiheuttamalla muita kennoja suurempaa lämpenemistä tai jollain muulla tavalla rasittamalla ainakin yhtä kennoa kerrallaan
7. Ohjelmakoodiväline tai sen osa, joka akkujen hoitolaitteistoa ohjatessaan 5 pystyy ohjaamaan jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukaista kennon ominaisuuksien tuhoamista käyttäen hyväkseen kennojen yksilöllistä mittaustietoa. • · · ♦ ··· • « · • 1 · • · · • · • · · • · · • 1 • · * 1 1 • · · • I · » • · • · · M» ··· • · • · • · · ·· « · • ·1 • · · « · • · ··· ·· • · • · 1 # ··» * · • · 1 · ·«· ···· · · • · • · ··« ie 1 1 8 6 5 6
FI20065294A 2006-05-05 2006-05-05 Menetelmä ja laitteisto akkukennojen hoitamiseksi FI118656B (fi)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20065294A FI118656B (fi) 2006-05-05 2006-05-05 Menetelmä ja laitteisto akkukennojen hoitamiseksi
CN200780016305XA CN101438452B (zh) 2006-05-05 2007-05-07 用于管理蓄电池单元的方法和装置
PCT/FI2007/050250 WO2007128876A1 (en) 2006-05-05 2007-05-07 Method and apparatus for the management of battery cells
EP07730737A EP2022127A4 (en) 2006-05-05 2007-05-07 METHOD AND DEVICE FOR ADMINISTERING BATTERY CELLS
AU2007247082A AU2007247082B2 (en) 2006-05-05 2007-05-07 Method and apparatus for the management of battery cells
US12/299,434 US20090218986A1 (en) 2006-05-05 2007-05-07 Method and Apparatus for the Management of Battery Cells
IL195069A IL195069A0 (en) 2006-05-05 2008-11-03 Method and apparatus for the management of battery cells
NO20085041A NO20085041L (no) 2006-05-05 2008-12-02 Fremgangsmate og apparat for forvaltning av battericeller

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20065294 2006-05-05
FI20065294A FI118656B (fi) 2006-05-05 2006-05-05 Menetelmä ja laitteisto akkukennojen hoitamiseksi

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20065294A0 FI20065294A0 (fi) 2006-05-05
FI20065294A FI20065294A (fi) 2007-11-06
FI118656B true FI118656B (fi) 2008-01-31

Family

ID=36539995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20065294A FI118656B (fi) 2006-05-05 2006-05-05 Menetelmä ja laitteisto akkukennojen hoitamiseksi

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20090218986A1 (fi)
EP (1) EP2022127A4 (fi)
CN (1) CN101438452B (fi)
AU (1) AU2007247082B2 (fi)
FI (1) FI118656B (fi)
IL (1) IL195069A0 (fi)
NO (1) NO20085041L (fi)
WO (1) WO2007128876A1 (fi)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8350529B2 (en) * 2006-11-10 2013-01-08 Lithium Balance A/S Battery management system
US7626359B2 (en) 2007-10-23 2009-12-01 IKS Co., Ltd Apparatus and method for charging and discharging serially-connected batteries
US8174242B2 (en) 2008-04-10 2012-05-08 Iks Co., Ltd. Apparatus and method for pre-charging in charging/discharging equipment for an energy-storage device
EP2302758A1 (en) * 2009-09-24 2011-03-30 U.B.S. Union Battery Service S.r.l. System for rapidly recharging batteries
CN102044719B (zh) * 2009-10-26 2013-03-06 耀马车业(中国)有限公司 具有休眠功能的动力锂电池智能管理系统
EP2357712A1 (de) * 2010-02-17 2011-08-17 MAFI Transport-Systeme GmbH Ladesystem für einen Lithium-Akkumulator
US8242739B2 (en) * 2010-07-20 2012-08-14 Tesla Motors, Inc. Leakage current reduction in combined motor drive and energy storage recharge system
NL2005816C2 (en) * 2010-12-03 2012-06-05 Epyon B V Method, system and device for charging an electric vehicle.
DE102011002707A1 (de) * 2011-01-14 2012-07-19 Siemens Aktiengesellschaft Ladevorrichtung zum Laden eines Fahrzeugakkumulators
CN102832646B (zh) * 2011-06-13 2015-09-23 周锡卫 一种具有实时单体蓄电池监测功能的智能调控蓄电系统
DE102011077708A1 (de) 2011-06-17 2012-12-20 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem und Verfahren zum Bereitstellen einer Zwischenspannung
US10193358B2 (en) * 2012-04-23 2019-01-29 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Deep-charging power resources of power resource group having identifier corresponding to range within which modulo falls based on charging time
US9991723B2 (en) * 2012-09-17 2018-06-05 The Boeing Company Virtual cell method for battery management
US9213066B2 (en) 2012-12-13 2015-12-15 John Manford Wade Multiple cell battery voltage measurement
JP6157880B2 (ja) * 2013-03-04 2017-07-05 株式会社東芝 複数電池を有する二次電池システム及び充放電電力等の配分方法
DE102013007185A1 (de) * 2013-04-25 2014-10-30 Man Truck & Bus Ag Ladeeinrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Ladeeinrichtung
DE102014208316A1 (de) 2014-05-05 2015-11-05 Siemens Aktiengesellschaft Erfassen der Betriebsführung eines Batteriespeichers
KR102348303B1 (ko) * 2015-06-19 2022-01-06 삼성전자주식회사 배터리 모듈의 누설 전류 감지 장치 및 방법
JP6489222B2 (ja) * 2015-09-11 2019-03-27 工機ホールディングス株式会社 電池診断装置及び電池パック
KR102559199B1 (ko) 2015-11-02 2023-07-25 삼성전자주식회사 배터리 관리 방법 및 배터리 관리 장치
CN108701316B (zh) * 2016-02-24 2023-09-29 松下知识产权经营株式会社 服务器装置及其控制方法
CN107346907A (zh) * 2016-05-06 2017-11-14 宝沃汽车（中国）有限公司 一种电池包维护系统和电池包维护方法
CN107369856B (zh) * 2016-05-13 2020-04-17 统达能源股份有限公司 电池记录管理系统
CN107253509A (zh) * 2017-06-26 2017-10-17 深圳前海优时科技有限公司 一种使用多单元电池模组的助动车供电方法
KR102474362B1 (ko) * 2017-11-17 2022-12-05 현대자동차 주식회사 누설 전류 제거 장치 및 이를 포함하는 차량 시스템
EP3584106A1 (en) * 2018-06-19 2019-12-25 Einride Ab Predictive remote thermal managment
JP2023146536A (ja) * 2022-03-29 2023-10-12 株式会社豊田中央研究所 電池管理プログラムおよび電池管理装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5283512A (en) * 1992-04-13 1994-02-01 Hughes Aircraft Company Charge balancing of batteries during charging
WO1996017397A1 (en) * 1994-11-28 1996-06-06 Chartec Laboratories A/S A method and an apparatus for controlling battery temperature during charging/discharging
US6184656B1 (en) * 1995-06-28 2001-02-06 Aevt, Inc. Radio frequency energy management system
JP4165995B2 (ja) * 1998-06-09 2008-10-15 ファーナウ テクノロジーズ プロプリエタリー リミテッド エネルギー蓄積システム
JP3869585B2 (ja) * 1999-07-30 2007-01-17 三洋電機株式会社 複数の二次電池の放電方法と組電池
CN2450788Y (zh) * 2000-11-09 2001-09-26 江苏海四达集团公司 可充蓄电池组输出平衡器
US20050038614A1 (en) * 2001-11-27 2005-02-17 Steve Botts Remote battery monitoring systems and sensors
US20060022646A1 (en) * 2004-07-28 2006-02-02 Moore Stephen W Method for battery cold-temperature warm-up mechanism using cell equilization hardware
US7872450B1 (en) * 2004-12-29 2011-01-18 American Power Conversion Corporation Adaptive battery charging

Also Published As

Publication number Publication date
CN101438452B (zh) 2012-08-08
FI20065294A0 (fi) 2006-05-05
EP2022127A1 (en) 2009-02-11
CN101438452A (zh) 2009-05-20
EP2022127A4 (en) 2012-06-13
IL195069A0 (en) 2009-08-03
WO2007128876A1 (en) 2007-11-15
AU2007247082B2 (en) 2011-09-22
US20090218986A1 (en) 2009-09-03
NO20085041L (no) 2008-12-02
FI20065294A (fi) 2007-11-06
AU2007247082A1 (en) 2007-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI118656B (fi) Menetelmä ja laitteisto akkukennojen hoitamiseksi
CN108432030B (zh) 电池组的温度监视装置和方法
JP6874260B2 (ja) バッテリー管理装置及びそれを含むバッテリーパック
EP1798100B1 (en) Battery management system
EP3054554B1 (en) Battery pack and method of controlling the same
CN106972206B (zh) 电池控制系统和电池组
JP6419046B2 (ja) 蓄電システムの故障形態判定装置
EP3443636B1 (en) Cell balancing method and system
JP5687340B2 (ja) 電池制御装置、電池システム
US20080074082A1 (en) Battery management system and method
CN103915656A (zh) 用于高能量中等功率电池系统的固态主动式开关矩阵
CN102315676A (zh) 蓄电池组充电管理系统
CN102009595A (zh) 一种电动汽车锂电池能量管理装置及方法
EP2961630B1 (en) Method for balancing the voltage of battery cells
JP2011137682A (ja) 電池異常検出回路、電池電源装置、及び電池電源システム。
JP2001314046A (ja) 組電池の充電装置、充電方法、および電動車両
Baronti et al. Design of the battery management system of LiFePO 4 batteries for electric off-road vehicles
KR101863700B1 (ko) 배터리 관리 장치
JP5885044B2 (ja) エネルギー貯蔵システム平衡装置
CN114103665B (zh) 电能存储系统中的电池模块和子包的关联的确定
CN104467064A (zh) 一种具有电池单元平衡系统的充电站
CN102306942A (zh) 蓄电池组管理方法
CN116783757A (zh) 温度确定方法与电流阈值确定方法、电池管理系统
WO2016066970A1 (fr) Procédé de gestion thermique et de sécurisation d'un système autonome connecté à une batterie et à une source d'énergie intermittente
KR20230015596A (ko) 밸런스 상태 관리모듈을 구비하는 배터리팩 장치

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 118656

Country of ref document: FI

PC Transfer of assignment of patent

Owner name: EUROPEAN BATTERY TECHNOLOGIES OY