JP2016516622A - バッテリーセルの電圧を平衡化する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハイブリッド電気車両の電気貯蔵システム（２０）における複数の直列接続された電気化学セルの電圧を平衡化する方法に関する。前記方法は、前記車両が静止しているときに前記車両の少なくとも一つの大型電機（２１）を作動させて、前記電気貯蔵システム（２０）あるいは充電状態が最も低いセルの充電状態が予め定められたレベル（１１、１３）に達するまで前記電気貯蔵システム（２０）を放電させること、及び、その後に前記セルの電圧を平衡化すること、を含む。【選択図】図５

Description

この開示は、ハイブリッド電気車両の電気貯蔵システムにおける複数の直列接続された電気化学セルの電圧を平衡化する方法に関する。この方法は、セルを平衡化する前に、電気貯蔵システムを放電させる段階を含んでいる。本開示はまた、電気貯蔵システムを備えるハイブリッド電気車両に関し、その電気貯蔵システムのバッテリー制御ユニットは、セルを平衡化する前に電気貯蔵システムを放電させるように構成されている。本開示は、トラック、バス、建設車両等といった、特に大型ハイブリッド車両の電気貯蔵システムの分野において有益である。

電気車両及びハイブリッド電気車両の電気貯蔵システムは、一般的に、複数の直列接続された電気化学セル、典型的には何百ものリチウム電池のバッテリーパックを含んでいる。しかしながら、２つのセルは同一ではなく、例えば容量、充電状態、及び自然放電率におけるわずかな差が常に存在している。最も弱いセルの容量及び寿命がバッテリーパックの全体的な容量及び寿命を制限する。バッテリーパックからより多くのエネルギー及びより長い寿命を得ることができるようにするために、それらの全てを共通な充電状態とすべく、セル間の電圧は周期的に再配分される。これは、一般的にセルの平衡化と呼ばれる。セルを平衡化する一つの周知の方法は、例えば特許文献１に記載されているように、バッテリー内部の平衡抵抗器によりバッテリーパックの個々のセルを放電させることである。

セルの平衡化は、好ましくは充電状態レベルが低いときに実行される。充電状態レベルが低いときのセルの充電状態の差が、セルの開路電圧におけるより大きな差に対応しているからである。

米国特許出願公開第２０１１／０３１６５２０号明細書

温度上昇を制限するためには放電パワーを小さくしなければならず、それは翻って電池セルを平衡化するための全体的な時間が長くなることに結びつく。

従って、上述した不利な点を無くした、バッテリーを平衡化するための改良された方法が必要である。

本開示の目的は、前述した課題を少なくとも部分的に回避する、ハイブリッド電気車両の電気貯蔵システムにおける複数の直列接続された電気化学セルの電圧を平衡化させる方法を提供することにある。この目的は、独立請求項のいずれかに記載した特徴によって達成される。

本開示は、ハイブリッド電気車両の電気貯蔵システムにおける複数の直列接続された電気化学セルの電圧を平衡化する方法に関する。その方法は、車両が静止しているときに車両の少なくとも一つの大型電機を作動させて、電気貯蔵システムあるいは充電状態が最も低いセルの充電状態が予め定められたレベルに達するまで電気貯蔵システムを放電させること、及び、その後でセルの電圧を平衡化すること、を含んでいる。

本開示は、対応するコンピュータプログラム、対応するコンピュータプログラム製品、方法を実行するための対応するコンピュータシステム、電気貯蔵システムを備えた対応するハイブリッド電気車両に更に関する。

平衡化の前に、車両の少なくとも一つの大型電機を作動させて電気貯蔵システムを放電させることにより、電気貯蔵システムの放電を内部の平衡化抵抗器によって実行する場合にエネルギー貯蔵ユニットの内部に生じる発熱を回避しつつ、放電パワーを高く保つことができる。これは、放電時間がかなり短くなることに結びつき、電池セルを平衡化するための全体的な時間を短くすることができる。

更なる利点は、一つあるいはいくつかの従属請求項の特徴を実施することによって達成される。

少なくとも一つの大型電機の最大出力は１ｋＷ以上、好ましくは５ｋＷ以上、更により好ましくは２０ｋＷ以上である。放電のために用いる電気機械の電力消費がより大きいほどより高い放電電力が得られ、従って放電率が上昇する。

少なくとも一つの大型電機は、ハイブリッド電気車両の電気牽引機械あるいは主発電機とすることができる。これらの電機は、通常はハイブリッド電気車両の最もパワフルな電機であり、従って、作動するときに電気貯蔵システムの最も高い放電率を可能にし得る。少なくとも一つの大型電機は、車両及び／又は貨物空調システムを駆動する電機、空気圧縮器ユニットを駆動する電機、クーリングファンを駆動する電機、あるいは油圧システムの油圧ポンプを駆動する電機のいずれかとすることもできる。これらの電機は、通常、ハイブリッド電気車両の電気牽引機械あるいは主発電機より非力であるが、放電させた電気エネルギーの蓄積を可能にする利点がある。電気貯蔵システムから放電された電気エネルギーの蓄積、すなわち再生は、例えば、貨物室及び／又は運転室の温度を低下させ／上昇させ、空気貯蔵容器に圧縮空気を充填し、あるいは油圧アキュムレータを充填することによって実現することができる。このようにして、さもなければ無駄になったエネルギーを使用できることになり、さもなければ発生させなければならなかったエネルギーに置き換わる。

電気貯蔵システム（ＥＳＳ）の放電は、ハイブリッド電気車両の燃焼機関を非燃焼モードにセットすること、及びハイブリッド電気車両のパワートレインの配置に応じて電気牽引機械あるいは主発電装置によって燃焼機関のクランクシャフトを回転させること、によって実現することができる。電気牽引機械あるいは主発電装置は、ハイブリッド電気車両においてほとんど常に最も大型の電機であり、かつそれらのいずれかを使用して非燃焼モードの内燃機関のクランクシャフトを駆動すること、すなわちクランキングは、車両において最も多くのパワーを必要とする動作である。従って、電気貯蔵システムの高い放電率を得ることができる。この方法は、それに加えて、クランクシャフトを回転させるために必要なトルクを増加させるべく排気ブレーキ及び／又はエンジン圧縮ブレーキを作動させ、それによって電気貯蔵システムの放電率を上昇させることを更に含むことができる。

電気貯蔵システムは、その電気貯蔵システムの放電の間に作動する冷却装置を含むことができる。高い放電率は、一般的に、電気貯蔵システムの高い発熱に帰着する。多くの車両において、電気貯蔵システムの冷却装置は、例えば水といった熱伝導性の液体を循環させるべくポンプを駆動する別個の電気モータにより作動する。あるいは、内燃機関が回っているときに、クランクシャフトによってポンプを機械的に駆動することができる。電気貯蔵システムの温度の能動制御により、電気貯蔵システムにおける、もしかすると有害な温度上昇のリスク無しに、以前から知られている方法よりもはるかに急速に電気貯蔵システムを放電させることができる。

放電を終了させるべき、予め定められた充電状態は、電気貯蔵システムの充電状態が５０％未満、好ましくは４０％未満、更により好ましくは３５％未満であるときに達したものとみなすことができる。低い充電状態（ＳＯＣ）に放電させる目的は、各セルの開路電圧（ＯＣＶ）のより大きな変化を達成し、それによって個々のセルの充電状態の決定の精度を高め得るようにすることにある。セルのＯＣＶ／ＳＯＣ特性はバッテリーセルのタイプに応じて変化すると共に、ＯＣＶ／ＳＯＣ曲線は中央領域において比較的平坦であり、かつ端部、すなわち充電状態が高い及び充電状態が低い領域においてより大きな傾斜（ｄＯＣＶ／ｄＳＯＣ）を呈する。

予め定められた充電状態は、最も低い充電状態のセルの充電状態が３０％未満、好ましくは２５％未満、更に好ましくは２０％未満であるときに達したものとみなすことができる。電気貯蔵システム（ＥＳＳ）の充電状態は、通常、バッテリー残量ゲージ（ｃｏｕｌｏｍｂ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）と定期的な較正を組合せて使用することにより推定される。電気貯蔵システムの充電状態の推定は、電気貯蔵システムの開路電圧に基づいたものとすることもできる。結果として、電気貯蔵システムの個々のセルの間の不均衡が比較的大きい電気貯蔵システムは、この電気貯蔵システムの充電状態の推定によって過度に放電され、電気貯蔵システムの充電状態の推定が許容可能な充電状態にある場合であっても、永久的な損傷を受けることになり得る。従って、予め定められたセルの低電位閾値は有利に実行することができる。また、あらゆるセルがその低電位閾値より低い充電状態に達することを防止するために、低い充電状態を達成するための電気貯蔵システムの放電は制限されなければならない。

予め定められた充電状態は、現在の電気貯蔵システムの出力電圧の現在の電気貯蔵システムの充電状態に対する微分値ｄＯＣＶ／ｄＳＯＣが、電気貯蔵システムの出力電圧の電気貯蔵システムの充電状態に対する最小の微分値より２倍以上高い、好ましくは最小微分値より３倍以上高い、かつ更に好ましくは最小微分値より４倍以上高いときに達したものとみなすことができる。電気貯蔵システムの出力電圧を充電状態の関数として描写するｄＯＣＶ／ｄＳＯＣ曲線は比較的平坦であり、充電状態の中間区間における微分値は非常に小さい。しかし、特定の充電状態レベル以下では曲線はより急勾配になる。現在の微分値を最小限の微分値と比較することは、現在の充電状態レベルの示度、従って十分に低い充電状態に達したときの示度をもまた与えることができる。

出力電圧が最も低いセルの現在の出力電圧の、そのセルの現在の充電状態に対する微分値が、そのセルの出力電圧の、そのセルの充電状態に対する最小微分値より５倍以上高い、好ましくは最小微分値より７倍以上高い、更により好ましくは最小微分値より１０倍以上高いときに、予め定められた充電状態に達しているものとみなすことができる。充電状態に対するセル出力電圧を描写するｄＯＣＶ／ｄＳＯＣ曲線は、前の段落に記載した電気貯蔵システムのそれに類似している。また、セルについて、その充電状態に対するその出力電圧の微分値は、そのセルの現在の充電状態レベルの示度を与えることができる。

この方法は、車両の少なくとも一つの追加の電気消費体を同時に作動させることにより電気貯蔵システムを放電させ、その追加の電気消費体が電気暖房放熱器あるいは電流シンクとして構成された電力抵抗システムであることを更に含むことができる。追加の電気消費体は、電気貯蔵システムの放電率の上昇に貢献する。

この方法はまた、他の電気貯蔵システムへの電荷の再分配により電気貯蔵システムを同時に放電することを含むことができる。これは、放電した電気エネルギーを回復する方法でもある。

この方法はまた、電気貯蔵システムの充電状態あるいは充電状態が最も低いセルの充電状態が予め定められたレベル以下であるかどうかを確認し、かつ電気貯蔵システムの充電状態あるいは充電状態が最も低いセルの充電状態が予め定められたレベル以下である場合に、車両の少なくとも一つの大型電機を作動させることにより電気貯蔵システムを放電させる段階を省略する、最初の段階を含むこともできる。電気貯蔵システムあるいは充電状態が最も低いセルの充電状態が予め定められたレベル以下である場合、平衡化の前に電気貯蔵システムを放電させる必要はない。

ハイブリッド電気車両は、最大出力が１００ｋＷ以上、好ましくは１５０ｋＷ以上の電気牽引機械又は発電機を備えることができる。ハイブリッド電気車両はまた、８トン以上、好ましくは１６トン以上の重量を有することができる。大型ハイブリッド電気車両は、通常は強力な電気要素を備えており、出力の変動は大きくかつ急速であり、かつその要素のための空間は小さい。従って、これらの車両は特にセルを平衡化する必要がある。

電気貯蔵システムは、少なくとも１００個の直列接続バッテリーセル、好ましくは少なくとも１５０個の直列接続セルを含むことができる。多数の直列接続セルは、小数の直列接続セルよりも多くのエネルギーを貯蔵しかつ供給することができる。しかしながら、直列接続されたセルの数がより大きくなると、セルの平衡化はより重要になる。過充電あるいは過放電により一つの弱いセルが早期に充電サイクルを消耗した場合、直列接続セルのパック全体を修理しあるいは交換しなければならない。

以下に示される開示の詳細な説明では、以下の図面が参照される。

代表的な電気化学セルの充電状態の関数としての開路出力電圧のグラフを示している。 本開示による基本システムの概略レイアウトを示している。 図２のシステムを発展させたものの概略レイアウトを示している。 図２のシステムを更に発展させたものの概略レイアウトを示している。 本開示による方法を実施するための例示的なフローチャートを示している。

本開示を図示するが限定するものではない添付の図面と共に、本開示の様々な態様を以下に説明する。類似の名称は類似の要素を表し、説明した態様の変形例は特に示した実施形態には限定されず、本開示の他の変形例にも適用することができる。

図１は、典型的な電気化学セルの化学的な充電状態ＳＯＣの関数としての出力開路電圧ＯＣＶのグラフを示しており、このグラフは「電圧放電曲線」と一般的に呼ばれる。電気化学セルは、好ましくはリチウム電池とすることができる。電気貯蔵システムは、少なくとも１００個の直列接続電気化学セル、好ましくは少なくとも１５０個の直列接続セル、例えばリチウムセルを含むことができる。電気貯蔵システムはバッテリーパックと呼ぶこともでき、かつこの電気貯蔵システムの出力電圧は共有ストリングにおける各セルの累積出力電圧に等しい。バッテリーパックは、もちろん、直列接続セルを並列に接続した２つ以上のストリングを含むことができ、各ストリングは、電気貯蔵システムの総電気容量を増加させるために約１００〜２００のセルを含む。

充電状態（ＳＯＣ）は、通常、パーセンテージ（％）で定められ、０％は全く電荷を含まない電気化学セルあるいは電気貯蔵システムに相当し、かつ１００％は電荷が完全に満ちているセルあるいは電気貯蔵システムに相当する。バッテリーの現在の及び最大の電荷レベルが既知である場合、充電状態は以下により算出することができる：
ＳＯＣ＝（Ｑｍａｘ−Ｑｐｒｅ）／Ｑｍａｘ
ここで、Ｑｍａｘは最大の電気充電量を表し、かつＱｐｒｅは現在の電気充電量を表している。

本開示による解決策は、電気貯蔵システムが十分に放電されてセルの平衡化を開始できる時点を決定するための選択的なパラメータとして、セルの充電状態及び電気貯蔵システムの充電状態の両方を使用する。

セルの充電状態は、少なくともセルを平衡化する間の主要なパラメータである。セルの充電状態を決定する一つの一般的な方法は、セルの開路電圧を測定することによる。セルの開路電圧は、セルがあらゆる外部負荷から分離されて外部電流がセルを流れないときに、セルの出力電圧を測定することによって決定される。開路電圧は、セルの充電状態と直接的に相関する。しかしながら、セルの開路電圧は充電及び放電によって妨げられ、かつ測定される開路電圧がセルの本当の充電状態を表す平衡状態に達するために、セルはある時間、通常は数時間、休止する必要がある。この事実は、例えば都市においてハイブリッド電気バスを運転する間における頻繁な充電及び放電の期間を伴い得るセルの使用の間に、電気貯蔵システムの充電状態を決定するためには、セルの開路電圧をあまり役立たないものにする。

本開示による放電及び平衡化プロセスは、電気貯蔵システムがある時間休止して各セルの開路電圧が記録された後に初めて、有利に開始することができる。電気貯蔵システムの充電状態、並びにセルの充電状態は、充電及び放電の間にバッテリー残量ゲージ（ｃｏｕｌｏｍｂ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）を使用して推定することができる。更にまた、推定された電気貯蔵システムの充電状態は、長期に亘るドリフト、その他による推定誤差を修正するべく、完全に充電されたバッテリーパックの形態において追加的に周期的に較正することができる。

電気貯蔵システムの直列接続セルの平衡化は、全てのセルを共通の充電状態にもたらすことを伴う。バッテリーパックの各電池セルは、異なる化学組成、異なる現在温度、異なる内部インピーダンス、及び異なる最大充電レベルを呈する。従って、各セルは固有の電圧放電曲線を有している。この事実は、複数のセルを直列接続するときに、セルの充電状態の平衡化を必要とする。

充電状態の広い区間においてできる限り一定の開路電圧をもたらすことは、バッテリーの設計において定められた目標である。この理由のために、図１の放電曲線１０はほぼ平坦であり、従って第１の充電状態レベル１１と第２の充電状態レベル１２の間の中間区間１４における微分値ｄＯＣＶ／ｄＳＯＣは非常に小さい。中間の充電状態区間１４における充電状態レベルの変化は、時には測定が困難な、セル出力電圧１５の極めて小さい変化に相当する。充電状態のそのような低い測定分解能は、正確なセルの平衡化を困難にする。従って、平衡化の手順を開始する前に、電気貯蔵システムの充電状態を低下させて、第１の充電状態レベル１１の下方に位置する平衡化区間１６に含まれるようにすることは、良い考えである。しかしながら、いかなるセルも、第３の充電状態レベル１３より低い充電状態となることは認められない。そのことが、結果として電気化学セルを永久的に弱めあるいは損傷させる可能性があるからである。上記の平衡化区間１６において、曲線１０はかなり急勾配となってより大きい出力電圧区間１７に帰着し、すなわち微分値はかなり高くなる。これは、セルの充電状態のわずかな差であっても、出力電圧の測定可能な差をもたらすことを意味する。これは、結果としてセルの充電状態のより良好な測定分解能、従ってセル平衡化プロセスの間における電気貯蔵システムの個々のセル間の充電状態レベルの簡単な比較に結びつく。

大部分はセルの組成及び技術によって決まるが、セルのＵ_ＦＵｌｌは通常は約４．５ボルト及び１００％の充電状態に対応し、かつＵ_{Ｅｍｐｔｙ}は約３．０ボルト及び０％の充電状態に対応し得る。放電曲線の形状は、各タイプのセル技術毎に異なる。その形状は、セルのエージング等によっても影響される。従って、図１に示す放電曲線の形状は、多くのうちの一つの実施例に過ぎない。従って、第１の充電状態レベル１１、第２の充電状態レベル１２、及び第３の充電状態レベル１３に対応する充電状態レベルは、異なるタイプのセル技術とエージングの間である程度変化し得る。

電気貯蔵システムは、一般的に、セルが過度に不均衡でないという状態の下では、その電気貯蔵システムを構成する個々のセルと同じ電圧放電曲線を呈する。従って、図１の電圧曲線は、本開示に従って放電を中止しセルの平衡化を開始するための予め定められたトリガーレベルを構成する、電気貯蔵システムの閾値充電状態レベルを図示するために使うこともできる。

電気貯蔵システムの充電状態が予め定められた第１の充電状態レベル１１に達したときに、これはセルの平衡化プロセスを開始するためのトリガーポイントを定める。電気貯蔵システムについて、第１の充電状態レベル１１として適切な、予め定められた値は５０％、より好ましくは４０％、更により好ましくは３５％とすることができる。同様に、最も低い充電状態のセルが予め定められた第３の充電状態レベル１３に達したときに、これはセルの平衡化プロセスを開始するためのトリガーポイントを定める。最も低い充電状態のセルについて、第３の充電状態レベル１３として適切な、予め定められた値は３０％、より好ましくは２５％、更により好ましくは２０％とすることができる。これは、スタックにおいて最も低い充電状態のセルが、これらのレベルより低下することが許容されないことを意味する。電気貯蔵システムの充電状態を決定するためのこの代りの方法は、電気貯蔵システムが極めて大きい不均衡を呈していて、電気貯蔵システムの充電状態がまだ３５％を上回っているのに、最も低い充電状態のセルが例えば３０％より低い充電状態レベルに放電され得るようなときに有利であり得る。

放電段階の停止及び平衡化段階の開始をトリガーする予め定められた充電状態レベルは、これに代えて、電気貯蔵システムあるいは最も低い出力電圧のセルの充電状態に対する出力電圧の（現在の）微分値の観点から定めることができる。電気貯蔵システムについて、所定レベルは、微分値が曲線１０の最小限の微分値より２倍高い、より好ましくは最小限の微分値より３倍高い、更により好ましくは最小限の微分値より４倍高い充電状態レベルとして適切に定義することができる。最も低い出力電圧のセルについて、所定レベルは、その微分値が曲線１０の最小限の微分値より５倍高い、より好ましくは最小限の微分値より７倍高い、かつ更により好ましくは最小限の微分値より１０倍高い充電状態レベルとして適切に定義することができる。最小限の微分値は、例えばバッテリーメーカからの基準値として記憶することができ、及び／又はセルの最初の充電の間に決定することができ、及び／又はセルの寿命の間に連続的に監視して調整することができる。充電状態に対する出力電圧の現在の微分値は、バッテリー残量ゲージ（ｃｏｕｌｏｍｂ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）及び放電曲線の形状についての知識を用いて計算することができる。現在の微分値は、それに代えて、あるいはそれに組合せて、２つの隣接する充電レベルにおける充電状態の推定の差及び開路電圧の測定の差に基づいて算出することができる。

図２は、本開示による基本システムの極めて模式的な配置を示している。本開示によると、例えば電気貯蔵システム２０のバッテリー制御ユニット２３によってバッテリーセルの平衡化を実行することが決定され、かつ電気貯蔵システムの充電状態が第１の充電状態レベル１１より高い場合は、電気貯蔵システム２０を放電させることにより充電状態を第１の充電状態レベル１１まで低下させる。放電は、電気貯蔵システムが位置している車両が停止しているときに、車両の少なくとも一つの大型電機２１を作動させることによって実現される。電気貯蔵システムの放電及びセルの平衡化の両方を、電気貯蔵システム２０のバッテリー制御ユニット（ＢＭＵ）２３によって制御することができる。しかしながら、電気貯蔵システムの放電は、それに代えて、ＢＭＵ２３と協動する他の電子制御装置によって制御することができる。

電機２１が大型であることは、大きな負荷２４、すなわちそれに限定されるものではないが、内燃機関のクランクシャフトの回転あるいは建設車両における大規模な油圧システムの油圧オイルポンプといった、比較的大きい出力トルクを必要とする負荷を駆動できることを意味する。大きな負荷２４として不適格なものは、例えばリヤビューミラーを調整するためのモータ、あるいは車両の窓を開閉するためのモータである。最適には、電機２１は１ｋＷ以上、好ましくは５ｋＷ以上、更により好ましくは２０ｋＷ以上の最大出力を有することができる。電機２１は、例えばハイブリッド電気車両の電気牽引機械あるいは主発電機とすることができる。代わりに、例えば車両が冷凍貨物室を含む場合、電機２１は貨物用空調システムを駆動することができる。特にバス、あるいは他の大型車両には、通常、エアサスペンション、ドアの作動、ブレーキ、その他のために用いられる大規模な圧縮空気システムが設けられている。バスにおいては、電機２１はエアコンプレッサを駆動するために用いることができる。電機２１は、トラックあるいはバスだけではなく広範囲の車両にも適用できるが、代わりに、内燃機関のラジエータの冷却ファンを駆動するために用いることができる。電機２１は、油圧システムの油圧ポンプを駆動するために用いることもできる。車両は、例えば油圧で作動する作業機を有する建設車両とすることができ、かつバルブシステムは、通常、作動油の循環流れを可能にし、並びに流れ抵抗を増加させる少なくとも一つの絞りをセットすることができる。油圧ポンプは、油圧システムの油圧アキュムレータを充填するために用いることもでき、エネルギーを回復させて無駄にならないようにすることができる。同様に、電機２１は、例えばフライホイール貯蔵システムといった機械エネルギー貯蔵システムを充填するために用いることができる。電気貯蔵システム２０（図示せず）を放電させるために、明らかに２つ以上の電機２１を同時に用いることができる。

図３は、本開示の好ましい実施形態の概略レイアウトを示しており、電気貯蔵システムの放電は、ハイブリッド電気車両の内燃機関３０を非燃焼モードに設定すること、及び電気牽引機械により内燃機関のクランクシャフトを回転させることによって実現される。非燃焼モードにおいては、内燃機関３０への燃料噴射がなされない。従って、ここにおける大型電機は、パラレルハイブリッド電気車両の電気牽引機械によって構成される。明らかに、ハイブリッド電気車両が、内燃機関と駆動輪との間の機械的な接続が無いシリーズ推進レイアウトの場合、大型電機は内燃機関に接続された電気発電機から構成される（不図示の実施形態）。電気貯蔵システム２０の放電率は、クランクシャフトを回転させるために必要なトルクを増加させることによって更に高めることができる。これは、例えば内燃機関の圧縮ブレーキ装置、及び／又は車両の排気通路３２に位置する排気ブレーキ３１を作動させることによってなすことができる。排気ブレーキ３１が排気管を少なくとも部分的に閉じて排気ブレーキ３１の上流の排気ガスの圧縮を生じさせると、シリンダ内の空気を排出するためのピストンの抵抗が増加してクランクシャフトが減速する。放電の間、内燃機関３０には燃料が噴射されず、従ってピストンのポンプ作用によって発生する排気通路３２内の流れは空気によって構成される。圧縮ブレーキ装置３２は、排気ブレーキ３１と類似の方法で作動するが、代わりに、内燃機関の可変バルブタイミングのカムで制御される排気弁によってシリンダからの流出を制限する。排気ブレーキ３１あるいは内燃機関の圧縮ブレーキ装置３２は、内燃機関電子制御装置３５によって最適に制御される。

放電の間、変速機３７の下流の駆動軸３４は、例えば電機２１と駆動軸３４の間に配置されたクラッチ３６によって内燃機関３０のクランクシャフトから分離される。従って、駆動軸３４にはトルクが伝達されず、結果的に車両は静止する。

バッテリー制御ユニット２３、変速機電子制御装置３８、及び内燃機関電子制御装置３５は、例えばＣＡＮバス等といった通信バス３９によって相互に接続することができる。

図４は、本開示の更なる進展の模式的なレイアウトを示しており、電気貯蔵システム２０の放電は、車両の少なくとも一つの追加の電気消費体４０の同時の作動によって、及び／又は追加の電気貯蔵システム４１を充電することによって実現することができる。少なくとも一つの追加の電気消費体４０、並びに追加の電気貯蔵システム４１の充電は、少なくとも一つの電機２１と組合せて同時に作動させることによって、放電率の増加に貢献することができる。少なくとも一つの追加の電気消費体４０は、例えば電気暖房放熱器、あるいは電気エネルギーを熱に変換する電流シンクとして構成された電力抵抗器システムによって構成することができる。パワー電子機器を含む電気接続箱４２は、電気貯蔵システム２０の放電を効率的にかつ省エネルギーで実現できるようにするためのスイッチとして用いることができる。

図２〜図４において、トルクを伝達可能な回転軸４３によって電機２１が負荷２４、３０及び変速機３７に接続されているが、それに代えて、電機２１を負荷及び／又は変速機３７に一体化すると、相互接続のための軸４３は余分になる。電気貯蔵システム２０、電機２１及び接続箱４２の間の電気的な接続４４は、例えば直流、単相交流あるいは三相交流によって構成することができる。

電気貯蔵システム２０は、有利には、電気貯蔵システム２０の放電の間に作動し得る、例えば水冷の冷却装置を備える。

図５は、本開示の方法に従ってセル平衡化の手順を実行するための例示的なフローチャートを示している。この手順は、バッテリー制御ユニット２３によって制御することができ、かつ車両が停止しているときに開始５０する。第１段階５１は、電気貯蔵システム２０を放電することから成る。第２段階５２として、バッテリー制御ユニット２３は、電気貯蔵システム２０あるいは充電状態が最も低いセルの充電状態が予め定められたレベルに達しているかどうかを点検する。答えが「いいえ」である場合、この手順は、電気貯蔵システム２０を放電させる第１段階５１に戻る。しかしながら、答えが「はい」である場合、この手順は、電気貯蔵ユニットの放電を終了する第３段階５３に入る。放電が終了したときに、この方法は第４段階５４に入り、その間、電気貯蔵システム２０における複数の直列接続された電気化学セルの電圧平衡が実行される。セルの平衡化は個々のセルの全てを共通の充電状態レベルとすることを意図しており、様々な既知の技術に従って実行することができる。セルの平衡化は、電気貯蔵システム２０の内側に位置するバッテリー制御ユニット２３によって管理することができる。

図５に説明されている、セル平衡化の手順を実行するための例示的なフローチャートは、電気貯蔵システムの放電を開始する前に、電気貯蔵システムあるいは充電状態が最も低いセルの充電状態が予め定められたレベル以下であるかどうかを確認する初期段階を更に含むことができる。電気貯蔵システムあるいは充電状態が最も低いセルの充電状態が予め定められたレベル以下であると判定された場合、少なくとも一つの大型電機の作動により電気貯蔵システムを放電させる段階を省略し、平衡化を直接開始することができる。これは、十分に低い充電状態が既に存在しているからである。

請求の範囲に記載されている参照符号は、その請求の範囲によって保護される事項の範囲を制限するものとみなされるべきではなく、その唯一の機能は請求の範囲の理解を容易にすることにある。

本開示が、添付の請求の範囲の要旨から一切逸脱することなく、様々な明らかな点において修正可能であることは理解されるところである。従って、図面及びその説明は、本来は例示的なものであって限定的なものではないとみなされるべきである。

１０ 放電曲線
１１ 第１の充電状態レベル
１２ 第２の充電状態レベル
１３ 第３の充電状態レベル
１４ 充電状態区間
１５ セル出力電圧
１６ 平衡化区間
１７ 出力電圧区間
２０ 電気貯蔵システム
２１ 大型電機
２３ バッテリー制御ユニット
２４ 負荷
３０ 内燃機関
３１ 排気ブレーキ
３２ 排気通路
３２ 圧縮ブレーキ装置
３４ 駆動軸
３５ 内燃機関電子制御装置
３６ クラッチ
３７ 変速機
３８ 変速機電子制御装置
３９ 通信バス
４０ 電気消費体
４１ 電気貯蔵システム
４２ 電気接続箱
４３ 回転軸
４４ 接続
５０ 開始
５１ 第１段階
５２ 第２段階
５３ 第３段階
５４ 第４段階
ＳＯＣ 充電状態

Claims (21)

1. ハイブリッド電気車両の電気貯蔵システム（２０）における複数の直列接続された電気化学セルの電圧を平衡化する方法であって、
   前記車両が静止しているときに前記車両の少なくとも一つの大型電機（２１）を作動させて、前記電気貯蔵システム（２０）あるいは充電状態が最も低いセルの充電状態が予め定められたレベル（１１、１３）に達するまで前記電気貯蔵システム（２０）を放電させること、及び、その後に前記セルの電圧を平衡化すること、を含む方法。
2. 前記少なくとも一つの大型電機（２１）の最大出力が１ｋＷ以上、好ましくは５ｋＷ以上、更により好ましくは２０ｋＷ以上である、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも一つの大型電機（２１）が、前記ハイブリッド電気車両の電気牽引機械あるいは主発電機である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ハイブリッド電気車両の内燃機関（３０）を非燃焼状態に設定し、かつ前記電気牽引機械あるいは前記主発電機により前記内燃機関のクランクシャフトを回転させることによって前記電気貯蔵システム（２０）の放電を実現する、請求項３に記載の方法。
5. 前記クランクシャフトを回転させるために必要なトルクを増加させるべく排気ブレーキ（３１）及び／又はエンジン圧縮ブレーキを作動させ、それによって前記電気貯蔵システム（２０）の放電率を上昇させることを更に含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記少なくとも一つの大型電機（２１）が、車両及び／又は貨物用空調装置を駆動する電機、空気圧縮装置を駆動する電機、冷却ファンを駆動する電機、あるいは油圧装置の油圧ポンプを駆動する電機のうちのいずれかである、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 前記電気貯蔵システム（２０）の放電の間に前記電気貯蔵システム（２０）の冷却装置を作動させる、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 前記電気貯蔵システム（２０）の充電状態が５０％未満、好ましくは４０％未満、更により好ましくは３５％未満であるときに、前記予め定められた充電状態（１１）に達している、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 前記最も低い充電状態のセルの充電状態が３０％、好ましくは２５％、更により好ましくは２０％であるときに、前記予め定められた充電状態（１３）に達している、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
10. 前記電気貯蔵システムの現在の出力電圧の、前記電気貯蔵システムの現在の充電状態に対する微分値が、前記電気貯蔵システムの出力電圧の、前記電気貯蔵システムの充電状態に対する最小微分値より２倍以上高い、好ましくは前記最小微分値より３倍以上高い、更により好ましくは前記最小微分値より４倍以上高いときに、前記予め定められた充電状態（１１）に達している、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
11. 前記最も低い出力電圧のセルの現在の出力電圧の、前記セルの現在の充電状態に対する微分値が、前記セルの出力電圧の、前記セルの充電状態に対する最小微分値より５倍以上高い、好ましくは前記最小微分値より７倍以上高い、更により好ましくは前記最小微分値より１０倍以上高いときに、前記予め定められた充電状態（１３）に達している、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
12. 前記車両の少なくとも一つの追加の電気消費体（４０）を同時に作動させることにより前記電気貯蔵システム（２０）を放電させることを含み、
    前記追加の電気消費体（４０）が電気暖房放熱器あるいは電流シンクとして構成された電力抵抗システムである、請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
13. 別の電気貯蔵システム（４１）を同時に充電することにより前記電気貯蔵システム（２０）を放電させることを含む、請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記電気貯蔵システム（２０）あるいは前記充電状態が最も低いセルの充電状態が予め定められたレベル（１１、１３）以下であるかどうかを確認し、
    かつ前記電気貯蔵システム（２０）あるいは前記充電状態が最も低いセルの充電状態が予め定められたレベル（１１、１３）以下である場合に前記車両の少なくとも一つの大型電機（２１）を作動させることにより前記電気貯蔵システム（２０）を放電させる段階を省略する、最初の段階を含んでいる、請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記ハイブリッド電気車両は、最大出力が１００ｋＷ以上、好ましくは１５０ｋＷ以上の電気牽引機械（２１）を備えている、請求項１乃至１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記ハイブリッド電気車両の重量が８トン以上、好ましくは１６トン以上である、請求項１乃至１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記電気貯蔵システム（２０）が、少なくとも１００個の直列接続セル、好ましくは少なくとも１５０個の直列接続セルを含んでいる、請求項１乃至１６のいずれかに記載の方法。
18. コンピュータのプログラムであって、前記プログラムがコンピュータ上で実行されるときに請求項１乃至１７のいずれかに記載したすべての段階を実行するためのプログラムコード手段、を含んでいるコンピュータのプログラム。
19. コンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに請求項１乃至１７のいずれかに記載したすべての段階を実行するための、コンピュータ可読媒体に格納されたプログラムコード手段、を含んでいるコンピュータプログラム製品。
20. ハイブリッド電気車両の電気貯蔵システム（２０）における複数の直列接続された電気化学セルの電圧を平衡化する方法を実施するためのコンピュータシステムであって、
    前記車両が静止しているときに前記車両の少なくとも一つの大型電機（２１）を作動させて、前記電気貯蔵システムあるいは前記充電状態が最も低いセルの充電状態が予め定められたレベル（１１、１３）に達するまで前記電気貯蔵システム（２０）を放電させ、その後に前記セルの電圧を平衡化すること、を含んでいる方法を実施するためのコンピュータシステム。
21. 複数の直列接続された電気化学セル及びバッテリー制御ユニット（２３）を含む電気貯蔵システム（２０）を備えたハイブリッド電気車両であって、
    前記バッテリー制御ユニット（２３）は、前記電気貯蔵システム（２０）の複数の直列接続された電気化学セルの電圧を平衡化するように構成されており、
    前記バッテリー制御ユニット（２１）は、前記車両が静止しているときに前記車両の少なくとも一つの大型電機（２１）を作動させることにより、前記電気貯蔵システム（２０）あるいは前記充電状態が最も低いセルの充電状態が予め定められたレベル（１１、１３）に達するまで前記電気貯蔵システム（２０）を放電させ、その後、前記セルの電圧を平衡化するように構成されている、ハイブリッド電気車両。

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