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Description
実施形態は、主としてエネルギ貯蔵システムに関し、特に、実施形態は、エネルギ貯蔵システムにおいて利用可能な内部予備エネルギに関する。
エネルギ貯蔵システム(ESS)は、1つ以上のエネルギ消費システムで消費可能なエネルギを貯蔵する。ESSの一例として、鉛蓄電池パックがある。ESSは、エネルギの貯蔵及び供給が可能であって、様々な用途があり、中でも特に、無停電電源システムへの給電や、自動車の推進力の少なくとも一部としての用途がある。一般には、ESSの寿命及び性能を確実に最適化するために、ESSの貯蔵エネルギの消費可能限界が、ある一定レベルに制限されている。
ESSの貯蔵エネルギが消費されるにつれて、消費可能なエネルギは徐々に減少して、予備レベルに達する。一般に、ESSのユーザがESSの貯蔵エネルギを消費してよいとされるのは、予備レベルまでである。しかしながら、一般には、ESSのエネルギの消費は、予備レベルを越えて、ESSの貯蔵エネルギが閾値レベルに達するまで可能である。閾値レベルでは、ESSの充電状態は、ゼロパーセントに達する。このレベルであっても、即ち、ESSの充電状態がゼロパーセント充電に達しても、ESS内には一定量の内部予備エネルギが未だ存在する。内部予備エネルギは、一般には、使用禁止である。従って、ESSが自動車の推進力の少なくとも一部を担う状況では、ESSの充電状態がゼロパーセントになると、自動車のユーザは走行できなくなる。即ち、ユーザは、自動車を走行させて安全な場所に停めることも、ESSの充電が可能な近くの場所まで走行させることもできなくなる。更に、ESSの貯蔵エネルギが閾値レベルに達した際に内部予備エネルギがどれだけ存在するかは不明である。更に、内部予備エネルギが消費された場合にどれだけの仕事が達成可能かも不明である。
一実施形態は、エネルギ貯蔵システムにおいて利用可能な内部予備エネルギの量を決定する方法を提供する。本方法は、エネルギ貯蔵システムのエネルギ貯蔵容量を決定するステップと、閾値レベルを下回ってからの利用可能な内部予備エネルギの量を、決定された容量に基づいて計算するステップと、を含む。更に、収集された履歴データに基づいて、エネルギ貯蔵システムの健全状態を決定する。更に、エネルギ貯蔵システムの現在の状態を決定する。エネルギ貯蔵システムの健全状態及びエネルギ貯蔵システムの現在の状態を用いて、内部予備エネルギ量の精度を向上させる。
一実施形態は、エネルギ貯蔵システムにおいて利用可能な内部予備エネルギの量を決定するシステムを提供する。本システムは、エネルギ貯蔵システムと結合されている。本システムは、エネルギ管理システムを含み、エネルギ管理システムは、少なくとも1つの入出力装置と、少なくとも1つのメモリ装置と、少なくとも1つの処理装置と、少なくとも1つの送受信装置と、を含む。入出力装置は、エネルギ貯蔵システムからデータを収集することと、エネルギ貯蔵システムにコマンドを送信することと、を少なくとも行うように構成されている。更に、メモリ装置は、入出力装置によって収集されたデータの少なくとも一部を格納するように構成されている。処理装置は、エネルギ貯蔵システムから収集されたデータの少なくとも一部を処理するように構成されており、送受信装置は、処理されたデータの少なくとも一部を送信することと、データを受信することと、を行うように構成されている。本システムは更に、データ処理システムを含み、データ処理システムは、送受信装置から送信されたデータを受信することと、エネルギ貯蔵システムの健全状態及びエネルギ貯蔵システムの現在の状態を決定することと、を行うように構成されており、又、エネルギ貯蔵システムの健全状態に基づいて、利用可能な内部予備エネルギの量を計算するように構成されている。
別の実施形態は、エネルギ貯蔵システムにおいて利用可能な内部予備エネルギの量を決定するシステムを提供する。本システムは、エネルギ貯蔵システムと結合されている。本システムは、少なくとも1つのエネルギ管理システムを含み、少なくとも1つのエネルギ管理システムは、少なくとも1つの入出力装置と、少なくとも1つのメモリ装置と、少なくとも1つの処理装置と、を含む。この少なくとも1つの入出力装置は、エネルギ貯蔵システムからデータを収集することと、エネルギ貯蔵システムにコマンドを送信することと、を少なくとも行うように構成されている。メモリ装置は、入出力装置によって収集されたデータの少なくとも一部を格納するように構成されており、処理装置は、エネルギ貯蔵システムから収集されたデータの少なくとも一部を処理することと、エネルギ貯蔵システムの健全状態及びエネルギ貯蔵システムの現在の状態を決定することと、を行うように構成されており、処理装置は又、エネルギ貯蔵システムの健全状態及びエネルギ貯蔵システムの現在の状態に基づいて、利用可能な内部予備エネルギの量を計算するように構成されている。
本明細書に記載の実施形態のこれら及び他の態様は、以下の説明及び添付図面を併せて検討することにより、よりよく理解されるであろう。しかしながら、以下の説明は、好ましい実施形態並びにその様々な具体的詳細を示しているものの、あくまで例示であって限定ではないことを理解されたい。本明細書に記載の実施形態の趣旨から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態の範囲内で様々な変更及び修正を行うことが可能であり、そのような修正は全て、本明細書に記載の実施形態に包含される。
実施形態を添付図面に示したが、図面全体を通して、類似の参照符号は、各図における対応する要素を示している。以下の説明を、図面を参照しながら読むことにより、本明細書に記載の実施形態がよりよく理解されるであろう。
本明細書に記載の実施形態及びそれらの様々な特徴及び有利な詳細を、添付図面に示され、以下で詳述される、限定的でない実施形態を参照しながら、より詳細に説明する。本明細書に記載の実施形態が不必要に不明瞭にならないように、周知の構成要素及び処理技術については説明を省略する。本明細書で用いた実施例は、本明細書に記載の実施形態を実施する方法の理解を促進すること、更には、本明細書に記載の実施形態を当業者が実施することを可能にすることを意図したものに過ぎない。従って、これらの実施例は、本明細書に記載の実施形態の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。
本明細書に記載の実施形態は、エネルギ貯蔵システムにおいて利用可能な内部予備エネルギの量を決定する方法及びシステムを提供する。各図面(具体的には図1から図10)は、好ましい実施形態を示す。全図面を通して、類似の参照符号は、対応する機能を一貫して表している。
図1は、一実施形態による、エネルギ貯蔵システム(ESS)102、エネルギ消費システム(ECS)104、及びエネルギ管理システム(EMS)106を示すブロック図である。ESS102は、少なくとも1つのECS104が少なくとも部分的に消費することが可能なエネルギを貯蔵する。
ESS102は、数ある中でも特に、鉛蓄電池、ゲル電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、NAS電池、ニッケル鉄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、及びキャパシタのうちの1種類以上、又はこれらの組み合わせを含んでよい。ESS102の貯蔵エネルギを消費するECS104は、数ある中でも特に、駆動系、モータ制御装置、室内環境制御、サブシステム環境制御、充電システム、ダッシュボードディスプレイ、カーアクセスシステム、駆動モータ、座席環境制御、室内HVAC、追加暖房システム、電池ヒータ、電池換気装置、車載充電器、安全装置、衝突センサ、センシングシステム、温度センサ、液面センサ、圧力センサのうちの1つ以上、又はこれらの組み合わせであってよい。ESS102の貯蔵エネルギの消費可能限界は、EMS106によって制御される。
EMS106は、ESS102の貯蔵エネルギを、少なくとも1つの閾値レベルに達するまで消費することを許可するようにプログラムされている。しかしながら、閾値レベルを越えても、ESS102のエネルギを利用することが可能である。閾値レベルを越えてから利用可能なエネルギを、内部予備エネルギと呼ぶ。図2aは、一実施形態によるESS102を、理解されやすいようにコンテナとして示している。ESS102は、3つのゾーン、即ち、ゾーンA202、ゾーンB204、及びゾーンC206に分割されている。図2aでは、ゾーンA202は、線Lfと線Lrとの間にあり、ゾーンB204は、線Lrと線Ltとの間にあり、ゾーンC206は、線Ltと線Loとの間にある。ゾーンA202のエネルギは、通常状態において、ESS102から消費することが可能になっている。更に、ゾーンB204のエネルギは予備エネルギであり、ゾーンC206は、一般には消費に利用できない内部予備エネルギが存在するゾーンである。線Lfは、ESS102が完全に「充填されている」時点で、ESS102には線Lfのレベルまで−エネルギが貯蔵されていることを表しており、これは、ESS102のエネルギのレベルが100%の場合に、ESS102にはレベルLfのレベルまで−エネルギが貯蔵されていることを意味する。このエネルギがESS102から消費されるにつれて、ESS102の「貯蔵エネルギ」は減少する。ESS102の「エネルギ貯蔵レベル」は、レベルLrまで減少する(このレベルを予備レベルと呼ぶ)。エネルギは、このレベルを越えても、ESS102の貯蔵エネルギが、線Ltで表される閾値レベルに低下するまで消費が可能になっている。ESS102の貯蔵エネルギが閾値レベルまで低下した段階では、ESS102の充電状態は0%である。閾値レベルを下回ってからの利用可能なエネルギを、内部予備エネルギと呼ぶ。ESS102の貯蔵エネルギを示す一例を、グラフの形でも示すことが可能である。図2bは、一実施形態による、ESS102からのエネルギ消費を示すグラフである。このグラフでは、一定の負荷を動作させているECS104によって、ESS102の貯蔵エネルギが消費されており、これによって、ESS102の貯蔵エネルギが減少しつつある。このグラフでは、Y軸がESS102の電圧を表し、X軸がESS102の充電状態を表している。ESS102の充電状態が100%のときのESS102の電圧はV0である。更に、エネルギが消費されるにつれて、電圧は徐々に低下し、V1まで低下した時点で、ESS102の貯蔵エネルギは予備レベルに達する。その後、エネルギが更に消費されるにつれ、ESS102の電圧はV1から更に低下し、V2まで低下した時点で、ESS102の貯蔵エネルギは閾値レベルに達する。 更に、閾値レベルを越えてエネルギが使用されると、内部予備エネルギが利用されて、その間にESS102の電圧がV2からV3に低下する。従って、Lrで示される予備レベルは、レベルLfと閾値レベルLtとの間に設定することが可能であることに注目できる。更に、閾値レベルLtは、LrとL0との間に設定することが可能である。一実施形態では、閾値レベルの設定は、ESS102の構成に基づく。閾値レベルの設定は、ESSの様々な種類に応じて様々であってよく、ESSの種類としては、鉛蓄電池、ゲル電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、NAS電池、ニッケル鉄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、キャパシタなどがある。更に、閾値レベルは、ESS102のエネルギ貯蔵容量に応じて様々であってよい。更に、閾値レベルを下回ってから利用可能な内部予備エネルギは、1つ以上の要因に応じて様々である。
図3は、一実施形態による、ESS102において利用可能な内部予備エネルギの量を決定するシステムを示す。本システムは、EMS106を含んでいる。EMS106は、少なくとも1つの処理装置306と、少なくとも1つのメモリ装置304と、少なくとも1つの入出力(I/O)装置302とを含んでいる。処理装置306は、I/O装置302及びメモリ装置304からデータを受信して処理することが可能である。更に、処理装置306は、データをメモリ装置304に送信して記憶させることが可能である。更に、処理装置306は、I/O装置302にコマンドを送信することが可能であり、これらのコマンドは、I/O装置302に関連付けられた装置に伝達される。一実施形態では、処理装置306は、市販の汎用マイクロコントローラチップを含む電子回路で作られている。メモリ装置304は、情報をデジタル形式で記憶可能な揮発性及び不揮発性のメモリチップを組み合わせて含むことが可能である。一実施形態では、I/O装置302は、入力線及び出力線のセットを複数含んでおり、各セットは個別に処理装置306に接続されている。これらの入力線及び出力線は、アナログ入力、アナログ出力、デジタル入力、デジタル出力、パルス/周波数出力、及びデータ線の組み合わせであってよい。実施形態によっては、EMS106は更に、図3bに示すように、少なくとも1つの送受信装置308と、少なくとも1つのデータ処理システム(DPS)310とを含むことが可能である。EMS106はDPS310と、電気通信ネットワークを介して無線接続されている。処理装置306は更に、送受信装置308を介してデータの送受信を行うことによりDPS310と通信するように構成されている。送受信装置308は、電気通信ネットワークを介してDPS310と通信する。処理装置306は更に、DPS310から受信したデータを処理するように構成されている。一実施形態では、本システムは、ESS102において利用可能な内部予備エネルギの量の決定を可能にする。
図4は、ESS102において利用可能な内部予備エネルギの量を決定する方法を示すフローチャートである。ステップ402で、ESS102のエネルギ貯蔵容量を決定する。その後、決定された容量に基づいて、ステップ404で、閾値レベルを下回ってから利用可能な内部予備エネルギの量を決定する。更に、ステップ406で、ESS102に関連する履歴データを収集する。収集された履歴データの少なくとも一部は、ステップ408でESS102の健全状態(SOH)を決定することに用いる。更に、ステップ410で、ESS102の現在の状態を決定する。ESS102の現在の状態並びにESS102のSHOを用いることにより、ステップ404で算定される内部予備エネルギ量の精度を向上させる。
一実施形態では、I/O装置302は、ESS102からデータを収集し、メモリ装置304にデータを格納する。処理装置306は、メモリ装置304に格納されているデータの少なくとも一部を取り出し、ESS102のエネルギ貯蔵容量を決定する。処理装置306は、ESS102の容量の決定結果を利用して、閾値レベルを下回ってからのESS102に貯蔵されている内部予備エネルギの量を算定する。処理装置306は更に、一定期間にわたって収集され、メモリ装置304に格納されているデータ(履歴データと称する)の少なくとも一部を取り出して、ESS102のSOHを決定する。処理装置306は更に、ESS102に関連して収集されたデータの少なくとも一部を用いて、ESS102の現在の状態を決定する。ESS102の現在の状態及びSOHを処理装置306で用いることにより、ESS102に貯蔵されている内部予備エネルギの量の計算値の精度を向上させる。
一実施形態では、ESS102に貯蔵されている内部予備エネルギの量は、EMS106及びDPS310によって計算され、これらは互いに調整し合って、ESS102に貯蔵されている内部予備エネルギの量を計算する。内部予備エネルギ量を決定するために、I/O装置302は、ESS102からデータを収集し、メモリ装置304にデータを格納する。処理装置306は、メモリ装置304に格納されているデータの少なくとも一部を取り出し、ESS102のエネルギ貯蔵容量を決定する。或いは、容量の計算に必要なデータは、送受信装置306からDPS310に送信される。DPS310は、ESS102の容量を決定する。決定されたESS102の容量を、処理装置306又はDPS310が用いて、閾値レベルを下回ってからのESS102に貯蔵されている内部予備エネルギの量を算定する。更に、ESS102のSOHの決定に用いる履歴データは、メモリ装置304又はDPS310に格納する。或いは、履歴データの一部をメモリ装置304に格納し、残りの部分をDPS310に格納する。更に、EMS106及びDPS310の構成によっては、ESS102のSOHは、処理装置306又はDPS310が、必要な履歴データを用いて決定する。更に、EMS106又はDPS310は、ESSの現在の状態を決定する。ESS102の現在の状態及びSOHを処理装置306で用いることにより、ESS102に貯蔵されている内部予備エネルギの量の計算値の精度を向上させる。SOHは、DPS310から処理装置306に提供可能である。或いは、ESS102の現在の状態及びSOHをDPS310で用いることにより、ESS102に貯蔵されている内部予備エネルギの量の計算値の精度を向上させる。SOH及び現在の状態は、EMS106からDPS310に提供可能である。
上記方法の中の各種アクションは、説明した順序で行うことも、別の順序で行うことも、同時に行うことも可能である。更に、実施形態によっては、列挙されたアクションの幾つかが、必要な結果を生成するために必要でない場合には、それらを省略してよい。
ある時点で存在する内部予備エネルギの量の計算値は、上述のように、ESS102のSOH並びにESS102の現在の状態に基づくことにより、精度が向上する。
ESS102において利用可能な内部予備エネルギの量の、ESS102の容量に基づく計算値は、ESS102のSOHが悪化するにつれて、内部予備エネルギ量の計算値を減らすことにより、精度が向上する。電気エネルギが関与する一実施形態では、内部予備エネルギ量の精度向上は、SOHに影響を及ぼす幾つかの要因に基づくものであり、それらの要因には、特に、ESS102のエネルギ貯蔵容量、ESS102の使用サイクル回数、ESS102の充電時挙動、ESS102において行われた充放電サイクルの回数、ESS102の温度、及びESS102のインピーダンスのうちの1つ以上が含まれる。
ESS102のエネルギ貯蔵容量は、ESS102の健全状態が悪化するにつれて減少する。従って、ESS102のSOHは、ESS102のエネルギ貯蔵容量に間接的に比例する。それゆえ、ESSが「フル」(ESS102が電池である実施形態であれば、100%SOC)の場合のESS102の貯蔵エネルギの最大量は、ESS102のSOHの一指標である。更に、ESS102のSOHが悪化するにつれて、ESS102において利用可能な内部予備エネルギの量も減少する。図5は、一実施形態による、ESS102において利用可能な内部予備エネルギの量を示すグラフである。このグラフでは、ESS102は、摂氏約25度のリン酸鉄リチウム電池からなる。線502は、ESS102において利用可能な内部予備エネルギの量を示している。内部予備エネルギ量は、ESS102のエネルギ貯蔵容量が減少するにつれて徐々に減少する。内部予備エネルギ量の計算値は、エネルギ貯蔵システムのエネルギ貯蔵容量の減少に応じて予備エネルギの量の計算値を減らすことにより、精度が向上する。
更に、ESSの使用サイクル回数を用いることにより、ESS102に貯蔵されている内部予備エネルギの量の計算値の精度を向上させる。内部予備エネルギ量の計算値は、エネルギ貯蔵システムの使用サイクル回数の増加に応じて内部予備エネルギ量の計算値を減らすことにより、精度が向上する。
一実施形態では、ESS102の内部予備エネルギ量の計算値の精度を向上させるために、ESS102の充電時挙動を考慮する。一実施形態では、ESS102の完全充電に要する時間の増加が、ESS102のSOHの悪化の兆候である。更に、ESS102の充電中にESS102の温度が好ましくないレベルまで上昇することも、ESS102のSOHの悪化の兆候である。図6は、一実施形態による、ESS102の充電中の温度変化に対する、ESS102において利用可能な内部予備エネルギの量を示すグラフである。このグラフでは、線602は、リン酸鉄リチウム電池からなるESS102の内部予備エネルギ量を示している。ESS102において利用可能な内部予備エネルギの量は、ESS102の温度変化とともに変化する。ESS102の内部予備エネルギ量は、ESS102の温度に応じて内部予備エネルギ量の計算値を増減することにより、精度が向上する。
一実施形態では、ESS102のSOHを決定する上で、上述の挙動以外の、ESS102の充電中の挙動を考慮することが可能である。
一実施形態では、ESS102において行われた充放電サイクルの回数を考慮することにより、内部予備エネルギ量の計算値の精度を向上させる。これまでの観察によれば、ESS102において行われた充放電サイクルの回数が増加するにつれて、ESS102のSOHは悪化する。従って、ESS102のSOHは、ESS102において行われた充放電サイクルの回数に応じて変化する。ESS102のSOHが悪化するにつれて、ESS102のエネルギ貯蔵容量も減少する。更に、エネルギ貯蔵容量が減少するにつれ、利用可能な内部予備エネルギの量も減少する。図7は、一実施形態による、ESS102の貯蔵エネルギ量を示すグラフである。このグラフでは、線702は、ESS102のタイプに基づく、ESS102の貯蔵エネルギ量の予想値を示している。更に、線704は、一実施形態による、ESS102の実際のエネルギ貯蔵能力を示している。貯蔵可能なエネルギ量は、ESS102において行われた充放電サイクルの回数が増加するにつれて減少する。ESS102に貯蔵されている内部予備エネルギの量の計算値は、ESS102において行われた充放電サイクルの回数の増加に応じて内部予備エネルギ量の計算値を減らすことにより、精度が向上する。
一実施形態では、ESS102のインピーダンスを考慮して、ESS102のSOHを決定する。これまでの観察によれば、ESS102のインピーダンスが増加するにつれて、ESS102のSOHが悪化する。図8は、一実施形態による、ESS102の貯蔵エネルギ量を示すグラフである。このグラフでは、線802は、ESS102で貯蔵可能なエネルギ量を示している。ESS102のインピーダンスが増加するにつれて、貯蔵可能エネルギ量は減少する。ESS102に貯蔵されている内部予備エネルギの量の計算値は、ESS102のインピーダンスの増加に応じて内部予備エネルギ量の計算値を減らすことにより、精度が向上する。更に、図8bに示すように、一実施形態によれば、ESS102のインピーダンスは、変化が予想どおりにならない可能性がある。このグラフでは、ESS102の充放電サイクルの回数の増加に対して、線804が、ESS102のインピーダンスの、予想される変化を示しており、線806が、ESS102のインピーダンスの、実際の変化を示している。この、インピーダンスの、予想される変化と実際の変化との差を用いても、ESS102に貯蔵されている内部予備エネルギの量の計算値の精度を向上させることが可能である。
一実施形態では、SOHは、一定期間にわたって収集された、数ある中でも特に、ESS102のエネルギ貯蔵容量、ESS102の使用年数、ESS102の充電時挙動、ESS102において行われた充放電サイクルの回数、ESS102の温度上昇挙動、及びESS102のインピーダンスのうちの1つ以上から導出される。一実施形態では、この一定期間は、ESS102を最初に使用するときから始まる。一定期間にわたって収集された、数ある中でも特に、ESS102のエネルギ貯蔵容量、ESS102の使用年数、ESS102の充電時挙動、ESS102において行われた充放電サイクルの回数、及びESS102のインピーダンスのうちの1つ以上を表すデータを、履歴データと呼ぶことがある。
既述のように、ある時点で存在する内部予備エネルギの量の計算値は、ESS102の現在の状態に基づくことにより、精度が向上する。一実施形態では、ESS102の現在の状態は、ESSの現在の温度によって決まる。図9は、一実施形態による、ESS102において利用可能なエネルギを示すグラフである。このグラフでは、線902、904、906、及び908は、それぞれ、0℃、10℃、25℃、及び40℃における、閾値レベル910を上回る間、並びに閾値レベル910を下回ってからの、ESS102において利用可能なエネルギを表している。このグラフからわかるように、内部予備エネルギは、温度の上昇とともに減少している。内部予備エネルギ量の計算値は、温度上昇に対する貯蔵容量の変化を考慮することにより、精度が向上する。なお、内部予備エネルギの量の計算値の精度がいかに向上するかは、ESSのタイプによって異なる。これは、ESS102のタイプが異なれば、上述の状況を含む様々な状況においての挙動が異なりうるからである。
(内部予備エネルギの量の計算例)
以下では、一実施形態による、ESS102の内部予備エネルギの量の計算例を示す。本例では、ESS102は、リン酸鉄リチウム電池からなる。この、ESS102の内部予備エネルギ量の計算には、図6、図7、図8、図8b、及び図9に示したように、リン酸鉄リチウム電池からなるESS102に関して収集及びプロットされたデータを用いる。
以下では、一実施形態による、ESS102の内部予備エネルギの量の計算例を示す。本例では、ESS102は、リン酸鉄リチウム電池からなる。この、ESS102の内部予備エネルギ量の計算には、図6、図7、図8、図8b、及び図9に示したように、リン酸鉄リチウム電池からなるESS102に関して収集及びプロットされたデータを用いる。
最初に、ESS102の内部予備エネルギの貯蔵容量を設定する。一実施形態では、内部予備エネルギ量は、ESS102の、設定された閾値レベル並びに意図されたエネルギ貯蔵容量に依存する。本例では、内部予備エネルギ量を150AH、6kWHとしている。
更に、ESS102のSOHの決定には、履歴データを用いる。本例では、ESS102は、500回の充放電サイクルを終えた状態であるとしている。ESS102のSOHは、以下のように計算する。
図7によれば、ESS102の現在の容量は、元の容量の90%になっている。この特定の観察結果に基づき、SOHの決定にあたって考慮される他の係数に0.9を乗じることによってSOHを決定する。更に図5によれば、ESS102の実測容量は、予想される容量よりも実際には5%少ない。従って、SOHの決定に用いる他の係数に、係数0.95を乗じる。
更に、SOHの決定にあたっては、インピーダンス増加係数を用いる。図8bは、予想されるインピーダンス変化に比べて異常なインピーダンス増加を示している。このインピーダンスは、予想値を1とすれば1.5である。更に、図8からわかるように、このインピーダンスの影響で、利用可能なエネルギが10%減少する。従って、SOHの決定に用いる他の係数に、係数0.9を乗じる。
本実施形態では、SOH=0.9×0.95×0.9である。
このSOHを用いることにより、内部予備エネルギの決定量の精度を向上させる。
内部予備エネルギ=150AH×SOH又は6kWH×SOH
内部予備エネルギ=150×(0.9×0.95×0.9)=115.425AH又は6×(0.9×0.95×0.9)=4.617kWH
なお、一実施形態では、SOH計算において、更なるパラメータ及び計算を用いることが可能である。
SOHを用いることにより精度が向上した内部予備エネルギ量は、ESS102の現在の状態を用いることにより、更に精度が向上する。本例では、精度を向上させた内部予備エネルギ量を、ESS102の温度の実値と、図9に示したエネルギ変化とを用いることにより、更に精度を向上させる。本例では、ESS102の温度を10℃としている。図9では、この温度におけるESS102の容量は、予想値の81%しかない。この補正を上記の値に適用することにより、予備エネルギ量の計算値が改善される。
予備エネルギ量=115.425AH×0.81=93.494AH
又は
予備エネルギ量=4.617kWH×0.81=3.739kWH
内部予備エネルギを用いて達成可能な仕事量の決定
内部予備エネルギを用いて達成可能な仕事量の決定
一実施形態では、ESS102において利用可能な内部予備エネルギの量を決定することに加えて、ESS102において利用可能な内部予備エネルギを用いて達成可能な仕事量を決定する。
一実施形態では、ESS102が自動車の推進力の少なくとも一部を担う場合には、達成可能な仕事量は、自動車の航続距離の尺度である。別の実施形態では、達成される仕事量は、1つ以上のECS104によってエネルギが消費されている場合の、利用可能な内部予備エネルギが存続する時間の尺度である。
ESS102が自動車の推進力の少なくとも一部を担う一実施形態では、自動車の航続距離を、履歴使用パターンに基づいて決定する。
一実施形態では、履歴使用パターンは、履歴走行パターン及び履歴地形パターンの少なくとも一方から導出される。履歴走行パターンを導出するには、走行パターンを表すデータを、ある一定期間にわたって収集する。履歴走行パターンは、自動車の運転者が単位距離の走行に利用するエネルギの量を示す。例えば、主に比較的高速で走行してエネルギを多く消費する運転者は、主に比較的理想の速度で走行する運転者より、内部予備エネルギで走行できる距離が短い。更に、履歴地形パターンを導出する場合は、走行地形を表すデータを一定期間にわたって収集することにより、履歴地形パターンを導出することが可能である。比較的平坦な道を走行する自動車は、険しい道(上り坂の道)を主に走行する自動車より、内部予備エネルギで走行できる距離が長い。更に、履歴地形パターンは、自動車が、交通信号がいくつもあって混雑した道路を主に走行して、単位走行距離あたりの必要エネルギが多くなるかどうか、或いは、交通の流れが良好な道路を主に走行して、単位走行距離あたりの必要エネルギが少なくなるかどうか、も示すことが可能である。
一実施形態では、ESS102の貯蔵エネルギは電気エネルギである。
一実施形態では、ESS102の貯蔵エネルギは化学エネルギである。
一実施形態では、ESS102において利用可能な内部予備エネルギを用いて達成可能な仕事量は、EMS106によって決定される。
別の実施形態では、ESS102において利用可能な内部予備エネルギを用いて達成可能な仕事量は、DPS310によって決定される。
一実施形態では、利用可能な内部予備エネルギを用いて達成可能な仕事量は、ESS102が推進力の少なくとも一部を担う自動車が走行する地形を考慮して決定される。地形に関連する情報は、EMS106又はDPS310によって収集可能である。一実施形態では、地形に関連する情報は、全地球測位システム(GPS)を用いて収集される。一実施形態では、EMS106及びDPS310の少なくとも一方が、自動車走行時の地形及び気象の条件に関連する情報を取得して、内部予備エネルギを用いて達成可能な仕事量を決定する。
一実施形態では、利用可能な内部予備エネルギを用いて達成可能な仕事量は、現在の走行パターンに基づいて決定される。現在の走行パターンは、過去数分間の走行において単位距離の走行に消費されたエネルギであってよい。現在の走行パターンを決定する上で何分間の走行を考慮に入れるかは、様々であってよい。
一実施形態では、利用可能な内部予備エネルギを用いて達成可能な仕事量は、周囲気象条件に基づいて決定される。内部予備エネルギを用いて達成可能な仕事量の決定にあたっては、内部予備エネルギを用いて達成可能な仕事量に影響を及ぼす周囲気象条件(例えば、数ある中でも特に、天候、風、及び雨のうちの1つ以上)が考慮される。
図10は、一実施形態による、内部予備エネルギを用いて走行可能な距離(達成可能な仕事量)の決定方法を示すフローチャートである。この決定される内部予備エネルギ量を用いて、自動車が内部予備エネルギで走行できる距離を計算する。これは、ステップ1002で、自動車モデルの場合の標準エネルギ消費量を取得することにより、計算可能である。ステップ1004で、上記情報を用いて、走行可能距離を計算する。一実施形態では、この距離の計算に次式を用いる。
距離=内部予備エネルギ(ワット時)/標準消費量(ワット時/キロメートル)
距離=内部予備エネルギ(ワット時)/標準消費量(ワット時/キロメートル)
距離の決定に続いて、ステップ1006で、履歴使用パターンを取得する。ステップ1008で、この使用パターンを用いて、距離の計算値を増減することにより、距離の計算値の精度を向上させる。更に、ステップ1010で、現在の走行パターンを決定し、ステップ1012で、このパターンを用いて、距離の計算値の精度を向上させる。更に、ステップ1014で、自動車内の1つ以上のシステムの状態(例えば、数ある中でも特に、モータ、HVACなどの1つ以上のエネルギ消費システムの温度)を調べる。ステップ1016で、この、自動車システムの現在の状態を用いて、距離の計算値の精度を向上させる。更に、ステップ1018で、自動車が走行している地形に関連する情報を取得する。一実施形態では、地形情報は、全地球測位システムによって取得される。ステップ1022で、地形情報を用いて、距離の計算値の精度を更に向上させて、最終的な距離の計算値に到達する。この値は、自動車のユーザに提示することが可能である。一実施形態では、距離の計算値の精度向上は、自動車の走行中に継続的に行われる。
上記方法の中の各種アクションは、説明した順序で行うことも、別の順序で行うことも、同時に行うことも可能である。更に、実施形態によっては、列挙したアクションの幾つかを省略してよい。
一実施形態では、EMS106及びDPS310の少なくとも一方が、ESS102の公衆充電ポイントの場所を調べる。更に、ESS102が推進力の少なくとも一部を担う自動車が最寄りの充電ポイントまで走行できるかどうかを、利用可能な内部予備エネルギを用いて達成可能な仕事量の計算値に基づいて判定する。更に、この判定に基づいて、自動車が少なくとも最寄りの充電ポイントまで走行できるように、ECS104によるESS102のエネルギの消費の1つ以上の特性を調節する。
一実施形態では、ECS104によるESS102のエネルギの消費の1つ以上の特性に対する調節として、気象条件によって可能であれば、HVACによるESS102のエネルギの消費を制限することが挙げられる。
一実施形態では、ECS104によるESS102のエネルギの消費の1つ以上の特性に対する調節として、自動車が比較的経済的に走行するように、駆動モータによるESS102のエネルギの消費を制限することが挙げられる。
(内部予備エネルギの使用)
一実施形態では、ESS102において利用可能な内部予備エネルギの使用は、内部予備エネルギを使用することの要求によってトリガされる。
一実施形態では、ESS102において利用可能な内部予備エネルギの使用は、内部予備エネルギを使用することの要求によってトリガされる。
一実施形態では、この要求は、ESS102内のエネルギが閾値レベルに近づいたときにEMS106によって自動的に生成される。
別の実施形態では、この要求は、ESS102内のエネルギが閾値レベルに達したときにEMS106によって自動的に生成される。
別の実施形態では、この要求が生成されるのは、ESS102が推進力の少なくとも一部を担う自動車に設けられているボタンをユーザが操作した場合である。
別の実施形態では、ESS102が推進力の少なくとも一部を担う自動車のユーザが、自分の電気通信装置で要求を送信する。一実施形態では、この要求は、ショートメッセージサービスで送信される。別の実施形態では、この要求は、内部予備エネルギの使用を可能にすることができるサービスセンターを呼び出すことによって行われる。
一実施形態では、この要求は、DPS310によって受信される。
一実施形態では、この要求の受信後に、これまで内部予備エネルギが利用された回数に基づいて、内部予備エネルギの使用が許可又は拒否される。
一実施形態では、この要求の受信後に、ESS102がその内部予備エネルギを使用することを許可する資格が、そのESS102を保有するユーザに与えられているかどうかに基づいて、内部予備エネルギの使用が許可又は拒否される。
一実施形態では、EMS106は、ESS102の内部予備エネルギの利用を許可するか拒否するかを決定する。
別の実施形態では、DPS310が、ESS102の内部予備エネルギの利用を許可するか拒否するかを決定する。この、DPS310の決定は、EMS106に伝達され、EMS106は、DPS310の決定を可能にする。
一実施形態では、ESS102の内部予備エネルギの利用を許可するか拒否するかの決定は、ESS102のユーザに伝達される。
一実施形態では、この、許可するか拒否するかの決定は、ESS102に関連付けられた表示装置を介してESS102のユーザに伝達される。一実施形態では、この表示装置は、ESS102が推進力の少なくとも一部を担う自動車のダッシュボードにある。
一実施形態では、この、許可するか拒否するかの決定は、ユーザに関連付けられた電気通信装置を介してESS102のユーザに伝達される。
本明細書に開示の実施形態は、エネルギ貯蔵システムにおいて利用可能な内部予備エネルギの量を決定する方法及びシステムを示す。従って、保護の範囲は、そのようなプログラム、更にはメッセージを収容するコンピュータ可読手段まで拡張され、そのようなコンピュータ可読記憶手段は、プログラムがサーバ又はモバイル装置又は任意の好適なプログラム可能装置において実行された場合に本方法の1つ以上のステップを実装するプログラムコード手段を含んでいることを理解されたい。本方法は、例えば、VHDL(超高速集積回路ハードウェア記述言語(Very high speed integrated circuit Hardware Description Language))又は別のプログラミング言語で書かれたソフトウェアプログラムによって(又はこれとともに)実装可能であり、或いは、少なくとも1つのハードウェア装置において実行されている1つ以上のVHDL又は幾つかのソフトウェアモジュールによって実装可能である。ハードウェア装置は、プログラム可能な任意の種類の可搬装置であってよい。この装置は又、例えば、ハードウェア手段(例えば、ASICなど)、或いは、ハードウェア手段とソフトウェア手段との組み合わせ(例えば、ASICとFPGA、又は少なくとも1つのマイクロプロセッサと、ソフトウェアモジュールが格納された少なくとも1つのメモリ)であるような手段を含んでよい。本明細書に記載の方法の実施形態は、一部がハードウェアで実装可能であり、一部がソフトウェアで実装可能である。或いは、本発明は、(例えば、複数のCPUを用いた)様々なハードウェア装置において実装可能である。
前述の特定実施形態の説明により、本明細書に記載の実施形態の全般的性質が十分に明らかになっているので、本願発明者でなくとも、現在の知識を適用することにより、そのような特定実施形態を、上位概念から逸脱することなく、容易に修正すること、及び/又は、様々な用途に適応させることが可能であり、従って、そのような適応及び修正は、本開示の実施形態の等価物の意味及び範囲に含まれるものと理解されるべきであり、理解されるものとする。当然のことながら、本明細書で用いた表現又は用語は、限定ではなく、説明を目的としたものである。従って、ここまでは、本明細書に記載の実施形態を、好ましい実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば理解されるように、本明細書に記載の実施形態は、本明細書に記載の実施形態の趣旨及び範囲において、修正を加えて実践することが可能である。
Claims (37)
- エネルギ貯蔵システムにおいて利用可能な内部予備エネルギの量を決定する方法であって、
前記エネルギ貯蔵システムのエネルギ貯蔵容量を決定するステップと、
前記エネルギ貯蔵システムに関連する履歴データを収集するステップと、
前記収集された履歴データに基づいて前記エネルギ貯蔵システムの健全状態を決定するステップと、
前記エネルギ貯蔵システムの現在の状態を決定するステップと、
閾値レベルを下回ってからの前記利用可能な内部予備エネルギの量を、前記決定された容量に基づいて計算するステップと、
前記エネルギ貯蔵システムの前記内部予備エネルギの量に基づいて、前記エネルギ貯蔵システムによって担うことが可能な距離を計算するステップとを含み、
前記エネルギ貯蔵システムの前記健全状態及び前記エネルギ貯蔵システムの前記現在の状態に基づいて、前記内部予備エネルギの量の前記計算値の精度が向上され、
前記エネルギ貯蔵システムの前記現在の状態が、少なくとも、前記エネルギ貯蔵システムの現在の温度に基づいて決定される、
方法。 - 前記履歴データを収集するステップは、少なくとも、前記エネルギ貯蔵システムのエネルギ貯蔵容量、前記エネルギ貯蔵システムの使用年数、前記エネルギ貯蔵システムの充電時挙動、前記エネルギ貯蔵システムにおいて行われた充放電サイクルの回数、及び前記エネルギ貯蔵システムのインピーダンスを収集するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 内部予備エネルギ量の前記計算値の精度を向上させるステップは、前記エネルギ貯蔵システムの前記エネルギ貯蔵容量の減少に応じて内部予備エネルギ量の前記計算値を減らすステップを含み、前記内部予備エネルギの量の前記計算値の減少は、前記エネルギ貯蔵システムによって担うことが可能な距離の関数として変化する、請求項2に記載の方法。
- 内部予備エネルギ量の前記計算値の精度を向上させるステップは、前記エネルギ貯蔵システムの前記使用年数の増加に応じて内部予備エネルギ量の前記計算値を減らすステップを含み、前記内部予備エネルギの量の前記計算値の減少は、前記エネルギ貯蔵システムによって担うことが可能な距離の関数として変化する、請求項2に記載の方法。
- 前記エネルギ貯蔵システムの充電時挙動に関連するデータを収集するステップは、前記エネルギ貯蔵システムの充電中に、前記エネルギ貯蔵システムの温度の上昇を表すデータを収集するステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 内部予備エネルギ量の前記計算値の精度を向上させるステップは、前記エネルギ貯蔵システムの充電中の、予想レベルを越える前記エネルギ貯蔵システムの前記温度の上昇に応じて内部予備エネルギ量の前記計算値を減らすステップを含み、前記内部予備エネルギの量の前記計算値の減少は、前記エネルギ貯蔵システムによって担うことが可能な距離の関数として変化する、
請求項5に記載の方法。 - 前記エネルギ貯蔵システムの充電時挙動に関連するデータを収集するステップは、前記エネルギ貯蔵システムの完全充電に要する時間を表すデータを収集するステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 内部予備エネルギ量の前記計算値の精度を向上させるステップは、前記エネルギ貯蔵システムの完全充電に要する前記時間の増加に応じて内部予備エネルギ量の前記計算値を減らすステップを含み、前記内部予備エネルギの量の前記計算値の減少は、前記エネルギ貯蔵システムによって担うことが可能な距離の関数として変化する、請求項7に記載の方法。
- 内部予備エネルギ量の前記計算値の精度を向上させるステップは、前記エネルギ貯蔵システムにおいて行われた充放電サイクルの前記回数の増加に応じて内部予備エネルギ量の前記計算値を減らすステップを含み、前記内部予備エネルギの量の前記計算値の減少は、前記エネルギ貯蔵システムによって担うことが可能な距離の関数として変化する、請求項2に記載の方法。
- 内部予備エネルギ量の前記計算値の精度を向上させるステップは、前記エネルギ貯蔵システムの前記インピーダンスの増加に応じて内部予備エネルギ量の前記計算値を減らすステップを含み、前記内部予備エネルギの量の前記計算値の減少は、前記エネルギ貯蔵システムによって担うことが可能な距離の関数として変化する、請求項2に記載の方法。
- 内部予備エネルギ量の前記計算値の精度を向上させるステップは、前記エネルギ貯蔵システムの前記健全状態が悪化するにつれて内部予備エネルギ量の前記計算値を減らすステップを含み、前記内部予備エネルギの量の前記計算値の減少は、前記エネルギ貯蔵システムによって担うことが可能な距離の関数として変化する、請求項1に記載の方法。
- 前記現在の状態を決定するステップは、前記エネルギ貯蔵システムの前記温度を表すデータを収集するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 内部予備エネルギ量の前記計算値の精度を向上させるステップは、前記エネルギ貯蔵システムの前記温度に基づいて内部予備エネルギ量の前記計算値を増減するステップを含み、前記内部予備エネルギの量の前記計算値の減少は、前記エネルギ貯蔵システムによって担うことが可能な距離の関数として変化する、請求項12に記載の方法。
- 前記履歴データは、一定期間にわたって収集される、請求項1に記載の方法。
- 前記利用可能な内部予備エネルギを用いて達成可能な仕事量を決定するステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記達成可能な仕事量は、履歴使用パターンに基づいて決定される、請求項15に記載の方法。
- 前記履歴使用パターンは、履歴走行パターン及び履歴地形パターンの少なくとも一方を表すデータを収集することによって導出される、請求項16に記載の方法。
- 前記達成可能な仕事量は、1つ以上のエネルギ消費システムによって消費されるエネルギに基づいて決定される、請求項15に記載の方法。
- 前記達成可能な仕事量は、現在の走行パターンに基づいて決定される、請求項15に記載の方法。
- 前記達成可能な仕事量は、周囲気象条件に基づいて決定される、請求項15に記載の方法。
- 前記達成可能な仕事量は、少なくとも前記エネルギ貯蔵システムが推進力を担う自動車が走行する地形に基づいて決定される、請求項15に記載の方法。
- 前記自動車が走行する前記地形は、全地球測位システムを用いて決定される、請求項21に記載の方法。
- 前記エネルギ貯蔵システムの前記利用可能な内部予備エネルギの使用を許可するステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記内部予備エネルギの使用は、前記内部予備エネルギを使用することの要求に基づいて許可される、請求項23に記載の方法。
- 前記要求は、前記エネルギ貯蔵システムのユーザによって送信される、請求項24に記載の方法。
- 前記要求は、前記エネルギ貯蔵システムが搭載されている自動車に設けられているボタンを前記ユーザが操作することによって送信される、請求項25に記載の方法。
- 前記要求は、前記ユーザが電気通信装置を用いることによって送信される、請求項26に記載の方法。
- 前記要求は、前記エネルギ貯蔵システムの貯蔵エネルギが閾値レベルに近づいたとき、又は閾値レベルに達したときに自動的に送信される、請求項24に記載の方法。
- 前記エネルギ貯蔵システムの前記利用可能な内部予備エネルギの使用は、前記内部予備エネルギが既に使用された回数に基づいて許可される、請求項23に記載の方法。
- 前記エネルギ貯蔵システムの前記利用可能な内部予備エネルギの使用は、エネルギ貯蔵システムが、前記利用可能な内部予備エネルギを使用することについて適格かどうかに基づいて許可される、請求項23に記載の方法。
- 前記エネルギ貯蔵システムの充電が可能な場所を調べるステップを更に含む、請求項23に記載の方法。
- 前記エネルギ貯蔵システムが推進力の少なくとも一部を担う自動車が少なくとも最寄りの前記場所に到達することを可能にするために、エネルギ消費システムが前記エネルギ貯蔵システムのエネルギを消費する特性を調節するステップを更に含む、請求項31に記載の方法。
- エネルギ貯蔵システムと結合されていて、前記エネルギ貯蔵システムにおいて利用可能な内部予備エネルギの量を決定するシステムであって、
少なくとも1つのエネルギ管理システムであって、
前記エネルギ貯蔵システムからデータを収集することと、前記エネルギ貯蔵システムにコマンドを送信することと、を少なくとも行うように構成された少なくとも1つの入出力装置と、
前記入出力装置によって収集された前記データの少なくとも一部を格納するように構成された少なくとも1つのメモリ装置と、
前記エネルギ貯蔵システムから収集された前記データの少なくとも一部を処理するように構成された少なくとも1つの処理装置と、
前記処理されたデータの少なくとも一部を送信することと、データを受信することと、を行うように構成された少なくとも1つの送受信装置と、を備える前記少なくとも1つのエネルギ管理システムと、
前記送受信装置から送信されたデータを受信することと、前記エネルギ貯蔵システムの健全状態及び前記エネルギ貯蔵システムの現在の状態を決定することと、を行うように構成された第1データ処理システムであって、前記エネルギ貯蔵システムの前記健全状態に基づいて、前記利用可能な内部予備エネルギの量を計算するように構成された前記第1データ処理システムと、
前記エネルギ貯蔵システムの前記内部予備エネルギの量に基づいて、前記エネルギ貯蔵システムによって担うことが可能な距離を計算すること、を行うように構成された第2データ処理システムであり、前記エネルギ貯蔵システムの前記健全状態及び前記エネルギ貯蔵システムの前記現在の状態に基づいて、前記内部予備エネルギの量の前記計算値の精度を向上させるように構成され、前記エネルギ貯蔵システムの前記現在の状態を、少なくとも、前記エネルギ貯蔵システムの現在の温度に基づいて決定するように構成された、前記第2データ処理システムと、
を備えるシステム。 - 前記送受信装置は、前記データ処理システムと通信するように構成されている、請求項33に記載のシステム。
- 前記処理装置は更に、前記エネルギ貯蔵システムの前記内部予備エネルギの使用を許可するコマンドを送信するように構成されている、請求項33に記載のシステム。
- エネルギ貯蔵システムと結合されていて、前記エネルギ貯蔵システムにおいて利用可能な内部予備エネルギの量を決定するシステムであって、少なくとも1つのエネルギ管理システムを備え、前記少なくとも1つのエネルギ管理システムは、
前記エネルギ貯蔵システムからデータを収集することと、前記エネルギ貯蔵システムにコマンドを送信することと、を少なくとも行うように構成された少なくとも1つの入出力装置と、
前記入出力装置によって収集された前記データの少なくとも一部を格納するように構成された少なくとも1つのメモリ装置と、
前記エネルギ貯蔵システムから収集された前記データの少なくとも一部を処理することと、前記エネルギ貯蔵システムの健全状態及び前記エネルギ貯蔵システムの現在の状態を決定することと、を行うように構成された少なくとも1つの処理装置であって、前記エネルギ貯蔵システムの前記健全状態及び前記エネルギ貯蔵システムの現在の状態に基づいて、前記利用可能な内部予備エネルギの量を計算するように構成された前記処理装置であり、前記エネルギ貯蔵システムの前記内部予備エネルギの量に基づいて、前記エネルギ貯蔵システムによって担うことが可能な距離を計算すること、を行うように構成され、前記エネルギ貯蔵システムの前記健全状態及び前記エネルギ貯蔵システムの前記現在の状態に基づいて、前記内部予備エネルギの量の前記計算値の精度を向上させるように構成され、前記エネルギ貯蔵システムの前記現在の状態を、少なくとも、前記エネルギ貯蔵システムの現在の温度に基づいて決定するように構成された、前記処理装置と、
を備えるシステム。 - 前記処理装置は更に、前記エネルギ貯蔵システムの前記内部予備エネルギの使用を許可するコマンドを送信するように構成されている、請求項36に記載のシステム。
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