JP2000501507A

JP2000501507A - バッテリ容量測定装置

Info

Publication number: JP2000501507A
Application number: JP9538816A
Authority: JP
Inventors: ウィストランド，ペル
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲツトエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 1996-04-29
Filing date: 1997-04-29
Publication date: 2000-02-08
Also published as: NO976104L; WO1997041448A1; CA2226841A1; BR9702169A; CN1099038C; US6061639A; NO976104D0; SE9601639L; MX9710385A; PL324287A1; AU2721397A; EP0852015A1; SE515398C2; SE9601639D0; CN1196796A

Abstract

(57)【要約】本発明は、動作中にバッテリ（１５）の最終容量を計算するための方法と、制御ユニット（１０）と、バッテリシステムに関する。はずされているバッテリの残存エネルギーを推定できることは、バッテリを再充電するか交換するまでの、バッテリが動作可能な残り時間を決定する上で有用である。本発明は、２つの部分に別れた、簡便で高速な方法からなる。第１の部分は、少なくとも２つの測定された放電曲線からテーブルを生成する。所定の計算の結果、得られた計算値をテーブルに書き込む前に、規格化する。第２の部分は、所定の時間間隔で、バッテリの電圧、放電電流、放電時間を測定し記録する、監視部分からなる。テーブルと測定値を用いることにより、最終容量を計算し、次に、バッテリの最終容量と最終電圧の平均値との繰り返し計算により、最終容量を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】バッテリ容量測定装置技術分野本発明は、バッテリの残容量を予測するための方法および装置に関する。背景技術放電中のバッテリの残留エネルギー量を推定できることは、バッテリを充電したり交換しなければならなくなるまでに、バッテリが動作可能な残り時間を見積もる上で重要なことである。これを行ういくつかの異なる方法がある。欧州特許第０４２０５３０号明細書では、バッテリの放電時間の推定を、直線部分と指数部分の２つの部分に分割された放電曲線と測定されたプラトー（ｐｌａｔｅａｕ）電圧を基に行うものが示されている。このバッテリの動的な変数をリアルタイムに監視する方法を組み合わせることにより、使用中のバッテリの残留放電時間を、連続して最新の状態で推定することが可能となる。しかし、この方法によると、理想的なバッテリの放電特性を前提としているため、バッテリの個体差を考慮することはできない。国際公開第９１／０８４９４号公報に示される他の方法として、放電中の数種のパラメータを監視・測定し、高頻度のサンプリング周期で、テーブル形式で格納された計算手順に従って、バッテリの残存容量と放電時間を計算するシステムがある。必要とする数値がテーブル中に直接見つからない場合には、数値を内挿して求める。さらに３つめの方法として、米国特許第５３７１６８２号に示されるように、残りの放電時間とバッテリ容量を、消費したバッテリ容量の関数として定義されたバッテリの放電特性を示す曲線を用いて、計算する方法がある。発明の要約バッテリの残留放電時間を予測するための従来の方法では、メモリに格納された曲線にもとづき複雑な計算をするため、より多量のメモリ空間と計算機の処理能力を必要とするものであり、更に、この曲線は、必ずしも、使用中のバッテリの放電特性に対応したものとはならなかった。この予測計算は、時間を要する上に、その計算結果は必ずしも正確なものではなかった。本発明は、いくつかの異なる放電電流についての放電曲線の形状を決めるための放電パラメータを考慮している。この方法は、簡便なものであり、従って、望まれる計算精度を犠牲にすることなく、高速に処理することができる。測定値を正規化することにより、テーブルを作成する。このテーブルには、１０この電圧レベルと３種類の異なる放電の値を格納するだけでよい。適切な所定の方法で、テーブル中の最大電流と最小電流の間の電流を選択することにより、テーブルを、バッテリの残存容量初期点として用いることができる。正規化されたテーブルを生成するために、３つの選択された放電電流を表わす３つの放電を、異なる負荷に対して行う。各放電の測定では、予め定めた最終電圧にまで低下するまで、時間の関数として、電圧、電流を測定する。測定された電圧は、バッテリ中のバッテリセルの数で割られる。これは、電圧は、すべてのバッテリセルの各電圧の平均値となることを意味している。さらに、消費されたバッテリ容量は、放電電流と時間を掛け合わせることにより計算される。測定と計算が完了すると、測定された電圧が正規化され、テーブルの列の間で正確に内挿できるようになる。電圧を正規化するための式は、特に、バッテリの内部抵抗値を含んでいる。（最終電圧での）消費したバッテリ容量の最後の計算は、バッテリの残存容量を計算するために用いられ、そして、残存容量は、公称１０時間容量による割り算によって、正規化される。電流についても、電圧と同様の方法で正規化される。正規化された電圧についての計算された値と、各放電電流についての正規化された残存容量とを内挿し、テーブルに記入すべき値を計算する。電流の変化は非常に小さいため、電流は内挿されることなくそのままテーブルに記入される。任意の放電電流に対する残存容量を決めるために、用いられる正規化されたテーブルは、最後の計算に用いられる内部抵抗値と同一の内部抵抗値に基づくものであることが重要である。時刻ｔ₁でのある点での測定は、電圧がu（ｔ₁）、電流がI（ｔ₁）、および消費された容量がCused（ｔ₁）であるときに行われる。電圧は、前述したものと同一の方法で正規化され、新たな容量についてのテーブルの列の値が、テーブルから読み取られた値の内挿によって計算される。そして、新たな容量についてのテーブルの列の値を内挿することにより、正規化された電圧Unorm（ｔ₁）のために、残存容量が計算される。以上の処理がなされた時には、バッテリの状態が計算される。このバッテリの状態は、とりわけ、バッテリ中の残存容量の程度とバッテリの電圧が大きさに大きく依存している。このバッテリの状態は、いわゆる最終容量と呼ばれている残存容量と放電時間を計算するために用いられる。もし、テーブルに記載されている最終電圧に代わって、他の最終電圧が求められる場合には、この電圧に対応した残存容量を計算することにより補正され、上記の最終容量から差し引かれる。この計算は、大型のバッテリでは、その内部の多数のバッテリセルの平均値について適用される。この場合、各バッテリセルは、同一の公称電圧を有している。さらに、各バッテリセルの最終電圧が、計算された最終容量をもとに計算される。すべての最終電圧の平均値が計算され、この計算値が、バッテリの所望の最終電圧と比較される。もし、両者の差が極度に大きいものである場合には、最終容量を調整して、バッテリの最終電圧を再度計算し、この結果を、再度、所望の最終電圧と比較する。この比較と調整の操作は、最終電圧の計算値と所望値との差が許容範囲に収斂するまで繰り返される。本発明の利点は、バッテリの残存容量を、高速で簡便な方法により、極めて正確に計算できることにある。本方法の他の利点は、放電中のバッテリの性能を記録し、通常の使用状態にあるバッテリの残存容量を極めて正確に計算するために記録した値を利用することが、簡単であることと、以って、バッテリの再充電あるいは交換時期を何時にすればよいかを、正確に決められることである。図面の簡単な説明図１は、一定の放電電流での、バッテリセルに対する典型的な放電曲線である。図２は、本発明による、予め定めた最終電圧に至るまでの残存容量の放電時間を推定するために供用される制御ユニットを特にその中に含む、多数のユニットからなる、バッテリシステムの概略図である。図３ａおよび図３ｂは、図２に示したバッテリシステムを監視する制御ユニットの制御プログラムのフローチャートである。図４および図５は、本発明による、バッテリの最終容量を決定するための、表１に一例を示す正規化された表の検索のための処理のフローチャートである。図６および図７は、本発明による、バッテリの最終容量を検索し、残存放電時間を推定する計算する処理のフローチャートである。図８は、所望の最終電圧を考慮した時の、最終容量を調節するための処理のフローチャートである。発明を実施するための最良の形態図１は、２Ｖの公称電圧を有し、一定の電流で放電されるバッテリセルに対する典型的な放電曲線である。放電の開始直後では、電圧が急激に一旦下降し、プラトー電圧１と呼ばれるレベルに回復する。予め定められた値に電圧が降下する時点、いわゆる最終電圧２に合わせて、時間軸は正規化されている。この曲線から、電圧が電圧Ｕ１となること測定し、曲線が同一の値を持つ時間軸３上の地点を求めることにより、バッテリの残存放電時間がどれほどになるかが得られる。本例では、時点０．６が得られ、全放電時間の４０％が残っていることを示している。図２は、制御ユニット１０からなるバッテリシステムの概略図である。制御ユニット１０は、情報を収集し、異なる種類１１から１３の多数の監視モジュールによってバッテリシステムの監視を制御する。制御ユニットは、外部計算機９と通信することが可能で、例えば光ファイバーループのような通信ループ１４によって監視モジュールに接続されている。バッテリ１５のバッテリ電圧の測定は、モジュールＩ１１によって行われる。各モジュールＩは、１２点までの異なるレベルの電圧を測定することができ、本例では２つのモジュールＩが、２４セルからなる各バッテリのために必要となる。モジュールＩは、電圧あるいは電流出力をもつ標準のセンサからの情報を検出するためにも利用される。バッテリからのアラーム信号とアナログ・デジタル信号の監視は、主に、モジュールII１２によって行われる。バッテリシステムに直接接続されない装置、例えば、パワーモジュール１６とスタンバイジェネレータ１７は、モジュールIII１３を介して、バッテリシステムに接続される。図３ａは、多数の機能ブロックから構成される制御ユニット１０を示す。制御ユニットの中心には、コントロールユニット２１とメモリ２２を含む監視ユニット２０が位置している。監視ユニットの詳細は、図３ｂに示す。監視ユニット２０に接続されているものは、バッテリシステムの状態を表示するアラームパネル２３と、例えば保守作業に用いる端末が接続されるるニターインターフェース２４である。さらに、各監視モジュールとの間の通信を中継するためのバッテリ監視インターフェース２５と、例えばモデムなどの、外部計算機の中央監視機能２７との通信を扱うための通信インターフェース２６も設けられている。図３ｂは、多数の機能ユニットからなる監視ユニット２０を示す。コントロールユニット／メモリ３０のための一つの関数ブロックには、バッテリシステムのためのプログラム命令が格納され、監視モジュールからの測定値が格納され、与えられた命令に従って処理される。バッテリ監視インターフェースは、アナログインターフェース３１に接続され、監視モジュールとの間のデータ・制御命令を送受信する。アナログ／デジタル変換機３２は、制御ユニットとアナログインターフェースとの間に設けられている。通信インターフェースは、コントロールユニット／メモリとアナログインターフェースの両方に対して機能する通信ユニット３３に接続されている。電源供給ブロック３４は電源を監視ユニットに供給する。本例では、監視モジュールとの間の通信はアナログ形式で行われるが、もちろん、デジタル通信も可能である。後者のデジタル通信の場合には、アナログインターフェース３１をデジタルインターフェースで置き換え、また、Ａ／Ｄ変換機は不要となる。図４および図５は、正規化テーブルを求めるために用いる処理を示したものである。この正規化テーブルは、残存放電時間と最終バッテリ容量を計算するための、初期点として用いられる。このフローチャートは、上述のテーブルを生成するために用いられるプログラムの詳細手順を示すものである。この場合、バッテリセルには、完全充電状態で２．１Ｖとなり、最終電圧が１．７５Ｖとなるように設定されたものを用いる。更に、本テーブルは、電流と容量の組の３組に対して計算されるものとなっており、すなわち、３つの負荷が所望の放電電流を生成するために用いられる。これらは、各々、１時間、３時間、１０時間のバッテリの放電時間に対応するものである。もちろん、より多数の電流と容量の組み合わせと、他の種類のバッテリセルを用い、より大きな最終電圧のレベルに対応させることも可能である。バッテリ電圧の測定値は、いくつかのバッテリセルの平均値として求める。図４は、正規化テーブルを生成する処理のフローチャートの最初の部分を示し、監視システムから起動命令を受けて処理を開始する機能ブロック１０１から始まる。次に、機能ブロック１０２に進み、バッテリシステムの監視部にシステムデータと機能パラメータを入力させる。これらの情報には、特に、バッテリが完全に放電したと見なされる最終電圧Ｕｓ、バッテリの内部抵抗Ｒｉ、バッテリの公称１０時間容量Ｃ１０，テーブルｋの列数および、所望の放電電流Ｉｋを生成するために用いられる負荷Ｒｘの値が含まれる。これらの放電電流には、特に、テーブルを用いて内挿する際に良好な精度を与える放電時間に対応したものが選ばれる。本例では、ｋ＝３であり、Ｒ１が１０時間の放電電流に対応し、Ｒ２が３時間の放電電流に対応し、また、Ｒ３が１時間の放電電流に対応するように、各各負荷が定められる。次の機能ブロック１０３の命令により、第１の負荷Ｒ１（ｘ＝１）が選択される。放電が始まる前に、バッテリは、少なくとも４８時間充電され、このための命令と監視が機能ブロック１０４により実行される。また、放電時間ｔ＝０、消費容量Ｃ_u1＝０など重要なシステムパラメータがゼロに設定される。この処理は、機能ブロック１０５の命令により実行される。格納されたプログラムは、機能ブロック１０６の機能から開始され、バッテリー放電は、負荷が接続され、バッテリ放電の測定が開始された時点から始まる。予め定められた時間間隔をおいて、機能ブロック１０７に進み、そこで、ｔ、Ｕ₁（ｔ）、Ｉ₁（ｔ）が測定され、メモリに格納される。バッテリ消費容量Ｃ_u1 （ｔ）も、時間と放電電流とを掛け合わせることにより計算され、メモリに格納される。もし測定された電圧が、設定された最終電圧より大きい場合には、機能ブロック１０８でその旨判定され、地点１０９に戻り、所定の時間間隔の後、新たな測定を行う。この処理は、測定された電圧が、設定された最終電圧以下となるまで、繰り返される。最初の放電から、全ての所望の値が測定され計算されると、次に機能ブロック１１０に進み、そこでプログラムは、同様の測定と計算の対象となる他の負荷があるかどうかを判定する。もし、他にも負荷がある場合には、機能ブロック１１１を経由して、ｘの値を x＋１に更新し、すなわち、本例では、x＝２としててフローチャートを戻る。地点１１２に戻り、格納されたプログラムは、再び、再充電と再測定を開始する。もはや測定対象となる負荷がなくなったところで、この繰り返し処理の部分を終了し、次に第５図の処理に進む。第５図の処理では、異なる機能ブロックで多数の計算を行い、所望のテーブルを完全なものにする。まず始めに、機能ブロック１１３で、以下の式を用いて、時刻ｔの各地点で、電圧測定値を正規化する。これらの式は、設定された最終電圧１．７５Ｖと、最大バッテリ電圧２．１Ｖに対応したものとなっている。ｘ=1,2,3,..,ｋＵ_x,norm＝Ａ＋Ｂ・Ｕｘ（１）Ａ=1.75・(1-Ｂ) （３）内部抵抗と、測定された放電電流と１０時間電流１１の間の電流差に対応した電圧で、プラトー電圧を増加させながら、最終電圧を１．７５Ｖに維持することにより、正規化を行う。１０時間継続した最初の放電に対応した値については、電圧の正規化は行わず、そのままにしておく。正規化の結果は、メモリに格納される。上記の処理が終了すると、次に機能ブロック１１４に進み、次式を用いて、時刻ｔで各地点の放電電流Ｉ_x,normの正規化を行う。ここで、ｘ＝１，２,...，ｋであり、Ｃ₁₀は、公称１０時間容量である。例えば、ｋ=3ならば、３つの電流列を正規化し、その結果をメモリに格納する。次に、正規化テーブルを生成する処理が、機能ブロック１１５で行われ、次式により異なる放電電流（ｘ＝１−３）に対応した時刻ｔでの各地点の残存バッテリ容量Ｃ_x,remを計算する。Ｃ_x,rem＝Ｃ_x,end−Ｃ_x （５）ここで、Ｃ_x,endは、測定系列に対応した積算消費容量であり、Ｃ_xは、時刻ｔまでに消費されたバッテリ容量である。全ての電流についての計算結果は、メモリに格納される。次の機能ブロック１１６では、各時刻ｔで計算された残存バッテリ容量を、次式に従って正規化する。次に、テーブルの基本構成を完成させる処理に進み、テーブルに数値を書き込む処理を機能ブロック１１７で行う。機能ブロック１１７では、離散的な電圧レベルＵ_m、ｍ＝０−１０、が第１行に設定される。これらの電圧レベルの例として、２．１０、２．０６、２．０４、２．０２、２．００、１．９８、１．９５、１．９０、１．８５、１．８０、１．７８、すなわち、Ｕ₀＝２．１０Ｖ、Ｕ₅ ＝１．９８Ｖと設定するものが可能である。もちろん、他の電圧レベルの設定も可能である。最終電圧１．７５Ｖに対応した行はテーブルにはなく、これは、この最終電圧について残存容量を計算するとゼロになるためである。本例による最終テーブルを表１に示す。テーブルの基になるデータが生成さると、表を完成する処理について、まず、機能ブロック１１８で、規格化された残存バッテリ容量の部分を設定し、次に、機能ブロック１１９で、規格化された放電電流の部分を設定する。残存バッテリ容量を設定する処理は、機能ブロック１１８の処理に従って、表中の各残存電流と行ｍ＝０−１０について行われる。これにより、規格化された残存容量の列は、対応する電圧の列とともに、メモリ内に格納された計算処理から用いられ、計算には次式が用いられる。ここで、Ｃ_rは、規格化された残存容量の値であり、Ｕ_rは、行ｒの規格化された電圧である。Ｕ_rは、内挿に適した離散電圧Ｕ_mの直ぐ上の電圧である。同様にＣ_r-1 とＵ_r-1をメモリから取り出す。ここで、Ｕ_r+1は、内挿に適した離散電圧Ｕ_m の直ぐ下の電圧である。以上の一連の処理は、機能ブロック１１９で終了し、放電電流に対応した値がテーブルに書き込まれる。測定の経過の間には電流の差値はそれほど大幅に変化することがないため、容量とは対照的に、これらの電流値は、内挿する必要はない。もし必要ならば、容量を電流に置き換え、式（７）に従って内挿することは、もちろん可能である。以上の一連の処理の結果、表１に示すような正規化テーブルが生成される。図６と図７は、バッテリの電圧Ｕ_v(t)と放電電流Ｉ_v(t)の計測結果に基づく、最終容量と予め定めた最小電圧Ｕ_minにまで電圧が降下するまでの宝殿時間を計算するために用いられる方法を示す。これらの計算の基になるのは、図４および図５示した処理手順で得られた規格化テーブルである。図６は、監視システムからの起動命令を受けて、機能ブロック２０１から開始する、最終容量を計算し、以って、放電時間を求めるための処理のフローチャートの開始部分を示す。次に、機能ブロック２０２に進み、バッテリシステムの監視部にシステムデータと機能パラメータを入力させる。これらの情報には、図４および図５の処理に従って得られた、放電状態が監視されるバッテリの規格化された容量のテーブルが含まれている。このテーブルを参照し、バッテリが完全に放電すると判断される最終電圧Ｕ_sの値を検索する。更に、定数Ｕ_maxを入力し、この定数を用いて、正しい状態を決定する計算を実行する。また、最小電圧Ｕ_mi _n を入力し、新たな最終電圧として用いる。最小電圧が入力されない場合には、最小電圧を最大電圧と等しく設定する。次に、機能ブロック２０３に進み、格納されたプログラムによる指示に従い、入力された最小電圧Ｕ_min,normを式（１）−（３）を用いて正規化し、更に、機能ブロック２０４に進み、バッテリが放電されているかどうかを判定するために、バッテリシステムを監視する。放電されているかどうかを、機能ブロック２０５で判定し、もし放電されていなかったら、フィードバック２０６を経由して処理をさかのぼり、再度、機能ブロック２０４に戻る。この繰り返しは、放電状態を検出し、フィードバックループを抜け出して機能ブロック２０７に進むまで継続する。機能ブロック２０７では、プログラムの指示に従い、所定のパラメータを予め定めた値に設定する。ここでは、放電時間をゼロに、推定したバッテリ消費容量Ｃ_usedをゼロに、また、状態フラグを１に設定する。次に、機能ブロック２０８では、プログラムによる指示に従い、所定の待ち時間を経て、バッテリ電圧Ｕ_vと放電電流Ｉ_vとを時間の関数として求め、更に、累積消費容量を計算する。全ての値は、メモリに格納される。正確な最終容量を計算できるようにするため、バッテリ電圧の測定値は、式（１）−（３）によって正規化し、放電電流の測定値は、式（４）によって正規化する。この正規化の処理は、機能ブロック２０９で行う。次に、機能ブロック２１０に進み、正規化テーブルを基に、新たな容量列を計算する。この計算は、次式による内挿で行う。Ｃ_vm＝Ｃ_cm＋(I_v,norm−I_cm)・(Ｃ_(C+1)m−Ｃ_cm)/(I_(C+1)m−I_cm) （８）ここで、ｍは、テーブル中の各行に対するインデックスである。Ｉ_cmとＩ_(c+1)m は、各々、規格化された電流Ｉ_v.normをはさんで直ぐ上と下の値をもつ、テーブル中の電流列の、ｍ行目の電流である。Ｃ_cmとＣ_(c+1)mは、これらｃ，ｍに対応する残存容量の値である。更に、機能ブロック２１１に進み、次式を用い、規格化された残存容量の値を計算する。Ｃ_v,norm＝Ｃ_vn＋(Ｕ_v,norm−Ｕ_n)・(Ｃ_v(n+1)−Ｃ_vn)/(Ｕ_n+1−Ｕ_n）（９）ここで、Ｕ_nとＵ_n+1は、各々、規格化された電圧Ｕ_v,normをはさんで直ぐ上と下の値をもつ、テーブル中の電圧列の、行から得た電圧である。Ｃ_vnとＣ_v(n+1)は、これらｖ，ｎに対応する、残存容量の値である。この計算結果は、メモリに格納される。測定された電流に対応し、新たな容量列が計算されると、図７に示したフローチャートの機能ブロック２１２に進む。機能ブロック２１２では、規格化された最小電圧Ｕ_min,normに対応した、規格化された残存容量Ｉ_min,normを、式（９）を用いて、容量列に基づく内挿により、計算する。式中で、Ｃ_v.normは、Ｃ_min, _norm と置き換え、Ｕ_v,normは、Ｕ_min,normと置き換えられる。バッテリの最終容量Ｃ_resを計算するためには、バッテリの状態を得る必要が機能ブロック２１３で、累加消費容量Ｃ_usedを、Ｕｖ＝２．１の時の、電流Ｉｖに対応したバッテリの全容量Ｃ₀と比較することによって、バッテリが放電の初期段階にあるかどうかを判定する。もし、Ｃ_usedが、Ｃ₀の５％よりも大きい場合には、次に、機能ブロック２１５に進み、次式を用いて、バッテリの新たな状態を計算する。 Status=100・Ｃ_used/(Ｃ₀-Ｃ_v,norm) （１０）更に、機能ブロック２１６に進む。Ｃ_usedがC0の５％よりも小さい場合には、バイパス経路２１５を経由して、機能ブロック２１６に進む。機能ブロック２１６では、プログラムによる指示に従い、バッテリ電圧測定値Ｕ_v(t)と入力された最大電圧Ｕ_maxとを比較する。もし、Ｕ_v(t)＞Ｕ_maxならば、機能ブロック２１７に進み、そこで、次式を用いて、バッテリの最終容量Ｃ_resを計算する。Ｃ_res=status・(Ｃ₀-Ｃ_min,norm/100) （１１）この式は、テーブル中で設定された最終電圧と異なる他の最小電圧を考慮し、補償するものである。最小電圧が最終電圧に等しい場合には、Ｃ_min,normをゼロとし、Ｃ_resの計算に影響を与えないようにする。機能ブロック２１６の判定の結果、Ｃ_usedがＣ₀の５％よりも大きい場合には、即ち、測定電圧が最大電圧より大きくない場合には、機能ブロック２１８に進み、そこで電圧が極端に落ち込んでいないかどうかを判定する。もし、バッテリ電圧測定値Ｕ_v(t)が最小電圧Ｕ_minよりも小さい場合には、機能ブロック２１９に進み、そこで、最終容量をゼロとする。もし、バッテリ電圧測定値Ｕ_v(t)が最小電圧Ｕ_minよりも大きい場合には、機能ブロック２２０に進み、そこで、次式を用いて、最終容量を計算する。Ｃ_res＝status/100・(Ｃ_v,norm-Ｃ_min,norm）（１１）本式もまた、テーブル中に設定された最終電圧と異なる最小電圧を考慮し、これを補償するものである。機能ブロック２１７、２１９および２２０での最終容量の計算結果は、機能ブロック２１１に渡される。もし、Ｃ_resがゼロに等しいか、ゼロより小さい場合には、機能ブロック２１１から機能ブロック２２２に進み、そこでバッテリをシステムから取り外し、再度、充電する。もし、十分、充電がされている場合には、処理フローを第６図の文字Ｃの地点に戻す。もし、Ｃ_resがゼロより大きい場合には、機能ブロック２２３に進み、そこでセル偏差の調整を行う。この調整機能の詳細を第８図に示す。調整が完了すると、処理フローは第６図の文字Ｄの地点に戻され、一定の時間間隔を経た後、バッテリ電圧と放電電流の新たな測定が開始される。図８は、機能ブロック２２３の内部処理の詳細を示すものである。そこでは、バッテリの所望の最終電圧が、バッテリの最終電圧の計算値に合うように、最終容量を調整するための計算が行われる。最終電圧とは、バッテリが空の状態と考えられ、充電が必要になっている時のバッテリ電圧のことであり、いわゆる最小電圧Ｕ_minのことである。調整のための処理フローは、機能ブロック３０１により開始され、これは監視システムにより起動指示が与えられる。まず、機能ブロック３０２で、もし、最終容量Ｃ_resが与えられている場合に、各バッテリーセルの最終電圧Ｕ_eを計算するための指示を与える。この計算には、次式を用いる。ここで、Ｕ_nとＵ_n+1は、各々、規格化された電圧Ｕ_v,normをはさんで直ぐ上と下の値をもつ、テーブル中の電圧列の、行から得た電圧である。Ｃ_vnとＣ_v(n+1)は、これらｖ，ｎに対応する、残存容量の値である。ＡとＢは、式（２）（３）から得られる。これらの計算結果は、メモリに格納される。機能ブロック３０３では、全てのセルの最終電圧の計算値の平均を求めることにより、バッテリの平均最終電圧を計算する。この結果がメモリに格納された後、機能ブロック３０４に進み、そこで、バッテリの平均最終電圧と所望の最終電圧とを比較する。もし、平均最終電圧が、所望の最終電圧に比べ、その１％分よりも大きい場合には、次の機能ブロック３０５に進み、次式に従って、最終容量を調節する。ここで、Ｃ_res(x+1)は、バッテリの最終容量の新たな計算値を表し、Ｃ_res(x) は、調整の対象となる最終容量の計算値を表す。処理フローを地点３０６に戻し、新たな計算値をセルの最終電圧として設定する。この繰り返しは、バッテリの最終電圧の計算値が、所望の最終電圧の１％以内の差に収まるまで続けられる。この繰り返しループから抜けると、処理フローは機能ブロック３０４から機能ブロック３０７に進み、そこで、全ての計算結果、例えば、最終容量、放電電流、バッテリ電圧、所望の最終電圧と放電時間を出力する。更に、これらの情報から、放電電流が一定と仮定し、最終容量を放電電流で割ることにより、バッテリーの再充電が必要になるまでの残り時間も得ることができる。最後に、再度、放電時間、バッテリ電圧、放電電流を測定するために、処理フローを図６の地点Ｄに戻す。最終容量を計算し調整する方法によって、異なる状態にあり、さらに異なる内部抵抗をもつ複数のバッテリの利用が可能となる。この方法のための処理フローは、少々複雑になるが、その原理は上述のものと同様である。本発明の実施形態は、以上で説明し図示した実施例のみに限られるものではなく、発明の請求の範囲内で変形が可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims

【特許請求の範囲】１．少なくとも２つの放電曲線から値を検索し、得られた値を規格化する第１の部分と、前記第１の部分で得られた規格化された値からバッテリの最終容量を計算する第２の部分からなることを特徴とする、バッテリの最終容量を計算する方法。２．請求の範囲第１項記載の方法において、放電曲線は時間の関数としてバッテリ電圧を表し、バッテリ消費容量は放電曲線から計算され、上記方法の第１の部分は、各放電曲線を、特定の近似した放電電流に対応させるステップと、バッテリの放電過程の間、放電電流とバッテリ電圧を測定し記録するステップと、バッテリ消費容量から、放電電流とバッテリ電圧の各測定値に対応して、バッテリ残存容量を計算するステップとからなることを特徴とする方法。３．請求の範囲第２項記載の方法において、上記方法の第１の部分は、第１列が少なくとも２つの電圧レベルからなるテーブル中に、規格化して得られた値を設定するステップと、各放電曲線について測定値と計算値とを内挿することにより、バッテリ残存容量に対応して、電流列と容量列をテーブル中に入力するステップとからなることを特徴とする方法。４．請求の範囲第３項記載の方法において、バッテリ電圧が定義された最終電圧にまで降下するまでの放電時間から放電時間を求めるために、各々、１時間、３時間、１０時間のバッテリ放電時間に対応して作成された３つの放電曲線と、少なくとも１０点の離散電圧レベルをテーブルに持つことを特徴とする方法。５．請求の範囲第１項から第４項に記載のいずれかの方法において、上記方法の第２の部分は、本方法の第１の部分に従って、制御された放電により得られるテーブルを、バッテリ中の各セルの放電過程に対応させて作成するステップと、バッテリが接続された時に、バッテリの放電時間と消費容量をゼロに設定するステップと、所定の放電時間の後、放電過程の間に、バッテリの放電電流とバッテリ電圧とを測定し記録するステップと、放電時間と放電電流とから、バッテリ消費容量を計算し、消費容量、バッテリ電圧、放電電流を規格化するステップと、テーブルから２つの隣接した規格化された容量列内の値を内挿することにより、新たな容量列から、規格化した残存容量を内挿するステップと、セルの規格化された残存容量、消費容量および全体容量の値を用いて、バッテリの各セルの状態を計算するステップと、セルの状態、残存容量、全体容量の値を用いて、最終容量を計算するステップとからなることを特徴とする方法。６．請求の範囲第５項に記載の方法において、上記方法の第２の部分は、さらに、テーブル上で与えられた最終電圧とは異なる場合もあり、バッテリーの放電過程を中断すべき電圧を決めるために設定される最小電圧を定義するステップと、新たな容量列の値を内挿することにより、規格化した最小容量の計算を可能にするために、最小電圧を規格化するステップと、状態の値を用いて、最終最小容量を計算するステップと、最終電圧の変化に対応した補償のため、最小容量を減少させることにより、最終容量を調整するステップとからなることを特徴とする方法。７．請求の範囲第５項または第６項に記載の方法において、上記方法の第２の部分は、さらに、得られたテーブルからセル電圧を内挿することによって、最終容量と規格化されたバッテリ電圧測定値とから、セルの最終電圧を計算するステップと、最終セル電圧から、最終電圧の平均値を計算するステップと、最終容量と最終セル電圧とに関する繰り返しを、最終電圧の平均値と設定された最小電圧との間の差が許容範囲に収斂するまで続けることにより、最終容量を調整するステップとからなることを特徴とする方法。８．少なくとも２つの放電曲線から値を得る手段と、得られた値を正規化する手段と、正規化した値からバッテリの最終容量を計算する手段とからなることを特徴とする、バッテリーの最終容量を計算するための制御ユニット。９．請求の範囲第８項に記載の制御ユニットにおいて、さらに、各々の放電曲線について得られた値から、放電の間にバッテリ消費容量を計算する手段と、各放電曲線の放電電流を記録する手段と、消費容量からバッテリ残存容量を計算する手段と、少なくとも２つの離散化した電圧レベルをもつテーブルを求める手段と、正規化した計算値の内挿によって、テーブルに正規化した残存容量を設定する手段と、テーブルに規格化した放電電流を設定する手段を備えていることを特徴とする制御ユニット。１０．請求の範囲第９項に記載の制御ユニットにおいて、さらに、バッテリの放電電流とバッテリ電圧を、通常の作動中の時間軸上のある時点で、記録する手段と、バッテリ消費容量を計算する手段と、放電曲線の放電電流とバッテリ電圧を正規化する手段と、テーブル中の数値の内挿によって、残存容量を計算する手段と、バッテリの状態を計算する手段と、状態の値と残存容量とから最終容量を計算する手段を備えていることを特徴とする制御ユニット。１１．請求の範囲第９項または第１０項に記載の制御ユニットにおいて、さらに、得られたテーブルからセル電圧を内挿することにより、最終容量と正規化されたバッテリ電圧測定値とから、各々のバッテリセルの最終電圧を計算する手段と、最終のセル電圧計算値から、最終電圧の平均値を計算する手段と、最終容量と平均最終容量とに関する繰り返し計算により、最終バッテリ容量を調整する手段を備えていることを特徴とする制御ユニット。１２．請求の範囲第１項から第７項のいずれか１項に記載の方法によってバッテリの最終容量を計算するためのバッテリシステムが、制御ユニット（１０）と、信号を計測するための、少なくとも一つのモジュールＩ（１１）と、バッテリ（１５）を監視するための、少なくとも一つのモジュールII（１２）とからなることを特徴とするバッテリシステム。