JP2016540961A

JP2016540961A - バッテリセルの容量決定のための方法

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Publication number: JP2016540961A
Application number: JP2016522092A
Authority: JP
Inventors: ベーム、アンドレ; リューガー、ミヒャエル
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2014-10-06
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2034-10-06
Also published as: US20160245872A1; JP6113920B2; CN105474026A; KR101702868B1; DE102013221589A1; KR20160027241A; CN105474026B; WO2015058947A1; US9575130B2

Abstract

本発明は、バッテリセルの容量決定のための方法であって、測定期間中にはバッテリセル電流Ｉが測定され、測定期間の開始時にはバッテリセルの開放端子電圧Ｕｏｃｖ１が測定され、測定期間の終了時にはバッテリセルの開放端子電圧Ｕｏｃｖ２が測定される、上記方法に関する。本方法は、測定されたバッテリセル電流Ｉから総バッテリセル電流Ｉｇｅｓを定める工程と、測定された開放端子電圧Ｕｏｃｖ１、Ｕｏｃｖ２を用いて、測定期間の開始時の充電状態ＳＯＣ１及び測定期間の開始時のＳＯＣ２を定める工程と、総バッテリセル電流Ｉｇｅｓと、充電状態ＳＯＣ１、ＳＯＣ２の差分値と、を用いて容量の推定値Ｑｅｓｔを定める工程と、総バッテリセル電流Ｉｇｅｓの測定誤差及び充電状態ＳＯＣ１、ＳＯＣ２の測定誤差から、容量の推定値Ｑｅｓｔの総測定誤差を定める工程と、容量の既知値Ｑａｃｔと、容量の推定値Ｑと、１総測定誤差と、を用いて容量の新値Ｑｎｅｗを定める工程と、を含む。その際に、容量の新値Ｑｎｅｗは、容量の既知値Ｑａｃｔ及び容量の推定値Ｑｅｓｔと以下のような単調関係にあり、即ち、総測定誤差の少なくとも１つの第１の値のところで、容量の新値Ｑｎｅｗが、容量の推定値Ｑｅｓｔによって、少なくとも１つの第１の値を上回る総測定誤差の少なくとも１つの第２の値のところで決定されるよりも良好に決定され、総測定誤差の値の第１の値のところで、容量の新値Ｑｎｅｗが、容量の既知値Ｑｅｓｔによって、総測定誤差の第２の値のところで決定されるほど良好に決定されないような、単調関係にあることが構想される。本発明はさらに、本方法を実行するよう構成されたコンピュータプログラム、バッテリ管理システム（２）、及び車両に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリセルの容量決定のための方法、及び、バッテリ管理システムに関する。

本発明はさらに、本方法を実行するよう構成されたコンピュータプログラム、バッテリ管理システム、及び車両に関する。

ハイブリッド自動車及び電気自動車には、リチウムイオン技術によるバッテリパックが搭載されており、このバッテリパックは、複数の直列接続された電気化学的セルで構成される。バッテリ管理システムは、バッテリを監視する役目を果たし、安全性の監視の他、バッテリの可能な限り長い寿命を保証すべきものである。バッテリ管理システムのタスクは、セルの充電容量を決定することである。

特開２０１１−２５７２２６号明細書には、バッテリの端子電圧に基づいてバッテリの残容量を決定する方法を示しており、ここでは、複数の検出方法を組み合わせることによって誤差が最小に抑えられる。バッテリの残容量は、より少ない誤差で決定されたものとして決定される。

バッテリセルの容量決定のための本発明に係る方法では、測定期間中にはバッテリセル電流Ｉが測定され、測定期間の開始時にはバッテリセルの開放端子電圧Ｕ_ｏｃｖ１が測定され、測定期間の終了時にはバッテリセルの開放端子電圧Ｕ_ｏｃｖ２が測定され、
本方法は、
ａ）測定されたバッテリセル電流Ｉから総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓを定める工程と、
ｂ）測定された開放端子電圧Ｕ_ｏｃｖ１、Ｕ_ｏｃｖ２を用いて、測定期間の開始時の充電状態ＳＯＣ_１及び測定期間の終了時の充電状態ＳＯＣ_２を定める工程と、
ｃ）総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓと、充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の差分値と、を用いて容量の推定値Ｑ_ｅｓｔを定める工程と、
ｄ）総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓの測定誤差及び充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の測定誤差から、容量の推定値Ｑ_ｅｓｔの総測定誤差

を定める工程と、
ｅ）容量の既知値Ｑ_ａｃｔと、容量の推定値Ｑ_ｅｓｔと、総測定誤差ΔＱ／Ｑと、を用いて容量の新値Ｑ_ｎｅｗを定める工程と、
を含む。

その際に、容量の新値Ｑ_ｎｅｗは、容量の既知値Ｑ_ａｃｔ及び容量の推定値Ｑ_ｅｓｔと、以下のような単調関係にあり、即ち、総測定誤差ΔＱ／Ｑの少なくとも１つの第１の値のところで、容量の新値Ｑ_ｎｅｗが、容量の推定値Ｑ_ｅｓｔによって、少なくとも１つの第１の値を上回る総測定誤差ΔＱ／Ｑの少なくとも１つの第２の値のところで決定されるよりも良好に決定され、総測定誤差ΔＱ／Ｑの第１の値のところで、容量の新値Ｑ_ｎｅｗが、容量の既知値Ｑ_ａｃｔによって、総測定誤差ΔＱ／Ｑの第２の値のところで決定されるほど良好に決定されないような、単調関係にあることが構想される。

容量の既知値Ｑ_ａｃｔは更新されて、容量の新値Ｑ_ｎｅｗとなる。測定誤差が大きい際には、容量の新値Ｑ_ｎｅｗは、測定によってそれほど大きく変更されないが、測定誤差が小さい際には、容量の新値Ｑ_ｎｅｗは、測定によって大きく変更される。これにより、バッテリの容量推定の新しい品質が実現され、その際に、当該品質は、容量の実際に分かっている値Ｑ_ａｃｔと容量の推定値Ｑ_ｅｓｔとの間の重み付けを有する。このことは、セルの容量が測定頻度に比べて比較的ゆっくりと変化するため有効である。例えば、１週間にほぼ一回容量測定が行われる。これに対して、容量は約１０年間で２０％分低下する。

本発明の範囲においては、２つの変数の間の単調関係として、第１の変数のより高い値が第２の変数の一定値又は第２の変数のより高い値と常に関連付けられる関数関係が呼称される。容量の新値Ｑ_ｎｅｗと容量の既知値Ｑ_ａｃｔとの間のこのような単調関係は、総測定誤差ΔＱ／Ｑの全値域に渡って又は区間ごとに、指数関数的（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉｅｌｌ）又は多項式関数的（ｐｏｌｙｎｏｍｉｓｃｈ）であり、特に、二次関数的（ｑｕａｄｒａｔｉｓｃｈ）、一次関数的（ｌｉｎｅａｒ）、又は比例的（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）である。容量の新値Ｑ_ｎｅｗと容量の推定値Ｑ_ｅｓｔとの間の単調関係も、総測定誤差ΔＱ／Ｑの全値域に渡って又は区間ごとに、指数関数的又は多項式関数的であり、特に、二次関数的、一次関数的、又は比例的である。

更なる別の好適な実施形態によれば、容量の新値Ｑ_ｎｅｗは、総測定誤差ΔＱ／Ｑの第１の閾値を下回る際には、容量の推定値Ｑ_ｅｓｔによってほぼ決定される。「ほぼ」とは、容量の新値が容量の推定値Ｑ_ｅｓｔと等しく、又は容量の新値が非常に高い確率で容量の推定値Ｑ_ｅｓｔと等しく、総測定誤差の第１の閾値を下回っていることが常に９０％より高いということを意味する。これにより、誤差が非常に小さい測定値は、ほぼ完全に引き継がれる。

好適な実施形態によれば、容量の新値Ｑ_ｎｅｗは、総測定誤差ΔＱ／Ｑの第２の閾値を上回る際には、容量の既知値Ｑ_ａｃｔによってほぼ決定される。「ほぼ」とは、容量の新値が容量の既知値Ｑ_ａｃｔと等しく、又は容量の新値が非常に高い確率で容量の既知値Ｑ_ａｃｔと等しく、総測定誤差の第２の閾値を上回っていることが常に９０％より高いということを意味する。これにより、誤差が非常に大きい測定値は、完全又はほぼ完全に破棄される。

好適な実施形態によれば、前記方法は、更なる工程、即ち、
ｆ）重み係数Ｗを定める工程であって、重み係数Ｗは総測定誤差ΔＱ／Ｑと単調関係にあり、容量の新値Ｑ_ｎｅｗは工程ｆ）において以下の数式を用いて定められる、上記定める工程を含む。

Ｑ_ｎｅｗ＝Ｑ_ａｃｔ＋Ｗ・Ｑ_ｅｓｔ−Ｗ・Ｑ_ａｃｔ

その際に、Ｗは、総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓの測定誤差とも、充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の測定誤差とも単調関係にある重み係数であり、従って、上記変数のうちの１つの測定誤差が大きくなると重み係数がより大きくなる。

重み係数は、例えばテーブルを用いて定めることが可能であり、その際に、テーブルは、総測定誤差の少なくとも２個、好適に２個〜１０個の範囲を有し、当該範囲は、様々な重み係数と関連付けられている。例えば、テーブルは、小さい誤差範囲、中程度の誤差範囲、及び大きい誤差範囲を有してもよく、重み係数は、上記範囲内で一定であってもよく、又は線形的に増大してもよい。

好適に、バッテリセル電流は、工程ａ）において、測定されたバッテリセル電流Ｉを測定期間で積分することで定められ、即ち、以下の数式に従って定められる。

好適な実施形態によれば、容量の推定値Ｑ_ｅｓｔは、工程ｃ）において、総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓを充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の差分値で割った商によって定められ、好適に以下の数式に従って定められる。

その際に、１／３６は、容量を単位Ａｈに換算し％で表示することによるスケーリング係数である。

容量決定の品質についての基準は、測定誤差の伝播法則（ＧｅｓｅｔｚｅｎｄｅｒＦｏｒｔｐｆｐｌａｎｔｚｕｎｇｖｏｎＭｅｓｓｕｎｓｉｃｈｅｒｈｅｉｔｅｎ）に基づいて得られる相対誤差である。従って、容量の推定値Ｑ_ｅｓｔの総測定誤差ΔＱ／Ｑは、総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓの測定誤差及び充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の測定誤差に基づいて定められ、好適に以下の数式に従って定められる。

好適な実施形態によれば、測定期間の開始時の充電状態ＳＯＣ_１及び測定期間の終了時の充電状態ＳＯＣ_２は、工程ｂ）において、充電状態の振る舞いの特性曲線を用いて、測定された開放端子電圧に従って定められ、充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の測定誤差ΔＳＯＣ_１、ΔＳＯＣ_２は、特性曲線の線形化によって、測定された開放端子電圧Ｕ_ｏｃｖ１、Ｕ_ｏｃｖ２の誤差から定められる。

好適な実施形態によれば、充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の測定誤差は、以下の数式を用いて定められる。

その際に、ＳＯＣ−ＵＯＣ_Ｖ特性曲線の導出は、以下の数式によって好適に線形的に近似される。

好適な実施形態によれば、測定期間の開始と測定期間の終了とは、各々、バッテリセルの緩和期間の後に続いて起きる。

本発明に基づいて、コンピュータプログラムが、プログラム可能なコンピュータ装置で実行される場合に、本明細書に記載に方法のいずれか１つに従って実行されるコンピュータプログラムがさらに提案される。コンピュータプログラムは、例えば、車両のバッテリ管理システムを実装するためのモジュールであってもよい。コンピュータプログラムは、例えば、永久記憶媒体若しくは書き換え可能な記憶媒体等の、機械読み取り可能な記憶媒体に格納されてもよく、又は、コンピュータ装置の付属品に格納されてもよく、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＵＳＢスティック、若しくは、メモリカード等の、携帯可能なメモリに格納されてもよい。追加的又は代替的に、コンピュータプログラムは、例えばインタネット等のデータネットワークを介した又は電話線若しくは無線接続等の通信接続を介した、ダウンロードのために、例えばサーバ又はクラウドサーバ等のコンピュータ装置上に提供されてもよい。

更なる別の観点によれば、上述の方法のいずれか１つを実行するよう構成されたバッテリ管理システムは、
ａ）バッテリセル電流Ｉを定めるユニットと、
ｂ）バッテリセルの開放端子電圧Ｕ_ｏｃｖ１、Ｕ_ｏｃｖ２を定めるユニットと、
ｃ）測定されたバッテリセル電流Ｉから総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓを定めるユニットと、
ｄ）測定された開放端子電圧Ｕ_ｏｃｖ１、Ｕ_ｏｃｖ２を用いて、測定期間の開始時の充電状態ＳＯＣ_１及び測定期間の終了時の充電状態ＳＯＣ_２を定めるユニットと、
ｅ）総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓと、定められた充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の差分値と、を用いて容量の推定値Ｑ_ｅｓｔを定めるユニットと、
ｆ）総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓの測定誤差及び充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の測定誤差から、容量の推定値Ｑ_ｅｓｔの総測定誤差ΔＱ／Ｑを定めるユニットと、
ｇ）容量の既知値Ｑ_ａｃｔと、容量の前記推定値Ｑ_ｅｓｔと、総測定誤差ΔＱ／Ｑと、を用いて容量の新値Ｑ_ｎｅｗを定めるユニットと、
ｉ）バッテリセルの容量の新値Ｑ_ｎｅｗを提供するユニットと、
を備える。

本発明に基づいて、このようなバッテリを備えた車両が提供され、その際に、バッテリは、車両の駆動システムに接続されている。好適に、本方法は、必要な駆動電圧を提供するために複数のバッテリセルが相互接続される電気で駆動する車両でも適用することが可能である。

本発明の実施例が図面に示され、以下の明細書の記載において詳細に解説される。
本発明の一実施形態に係るバッテリ管理システムを示す。総測定誤差ΔＱ／Ｑに対する重み係数の例示的な依存性を示す。ＳＯＣ及びＵ_ＯＣＶの特性曲線の一例を示す。バッテリセル電流及びＳＯＣの例示的な推移を示す。

「バッテリ」及び「バッテリセル」という概念は、本明細書の記載においては、通常の言語使用に合わせて、蓄電池又は蓄電セルのために利用される。バッテリは、好適に１つ以上のバッテリユニットを含み、このバッテリユニットは、バッテリセル、バッテリモジュール、モジュール線、又はバッテリパックを含みうる。その際、バッテリセルは、好適に空間的にまとめられ、回路技術的に互いに接続され、例えば、モジュールに対して直列又は並列に接続される。複数のモジュールが、所謂バッテリダイレクトコンバータ（ＢＤＣ:ＢａｔｔｅｒｙＤｉｒｅｃｔＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）を形成し、複数のバッテリダイレクトコンバータが、バッテリダイレクトインバータ（ＢＤＩ:ＢａｔｔｅｒｙＤｉｒｅｃｔＩｎｖｅｒｔｅｒ）を形成する。

図１は、本発明の一実施形態に係るバッテリ管理システム２を示している。

バッテリ管理システム２は、バッテリセル電流を定めるユニット４を有し、このユニット４は、典型的な電圧範囲が２．８〜４．２Ｖのリチウムイオンバッテリの電流を測定する。バッテリセル電流を定めるユニット４は、測定されたバッテリセル電流Ｉから総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓを定めるユニット８と結合されており、このユニット８は、以下の数式に従って、バッテリセル電流Ｉを経時的に合算又は積分する。

バッテリセル電流Ｉを定めるユニット４はさらに、総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓの測定誤差を定めるユニット１０と結合されており、このユニット１０は、電流の積分の誤差を、好適に、測定された電流Ｉ_ｍ及び測定不可能な自己放電Ｉ_ｓｄから、以下の数式に従って定める。

というのは、電流の積分が、測定された電流Ｉ_ｍ及び測定不可能な自己放電Ｉ_ｓｄから計算され、即ち、以下の数式に従って計算されるからである。

その際に、自己放電は好適に一定値として推定される。自己放電の誤差は推定することしかできないため、本実施例では１００％仮定され、従って以下のとおりである。

電流の積分の誤差の場合、さらに、好適に乗法的誤差Ｉ_ｇａｉｎ及ぶ加法的誤差Ｉ_ｂｉａｓが、以下の数式に従って考慮される。

その際に、乗法的誤差Ｉ_ｇａｉｎは、測定装置の既知の感度偏差に関し、加法的誤差Ｉ_ｂｉａｓは、既知のゼロ点誤差、及び、場合により量子化誤差に関する。

バッテリ管理システム２は、バッテリセルの開放端子電圧Ｕ_ＯＣＶ（ＯＣＶ：ｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅ）を定めるユニット６をさらに有する。バッテリセルの開放端子電圧Ｕ_ＯＣＶを定めるユニット６は、測定された開放端子電圧Ｕ_ＯＣＶ1、Ｕ_ＯＣＶ２を用いて測定期間の開始時の充電状態ＳＯＣ_１（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）及び測定期間の終了時の充電状態ＳＯＣ_２を定めるユニット１２に結合されており、このユニット１２は、ＳＯＣ−Ｕ_ＯＣＶ特性曲線を用いて充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２を定める。例示的な特性曲線が図３に示されている。

バッテリセルの開放端子電圧Ｕ_ＯＣＶを定めるユニット６は、さらに、充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の測定誤差を定めるユニット１４に結合されており、このユニット１４は、例えば以下の数式によって測定誤差を定める。

その際に、ＳＯＣ−Ｕ_ＯＣＶ特性曲線の導出は、以下の数式により近似され、

例えば以下の数式に従って近似される。

Ｕ_ＯＣＶの誤差ΔＵ_ＯＣＶは、以下のように、測定精度ΔＵ_ｍと、電流負荷から回復するのに十分な時間がセルにない場合にセルの予備負荷（Ｖｏｒｂｅｌａｓｔｕｎｇ）から生じる偏差ΔＵ_{ＯＣＶｒｅｌａｘａｔｉｏｎ}と、で構成される。

ΔＵ_ＯＣＶ＝ΔＵ_ｍ＋ΔＵ_{ＯＣＶｒｅｌａｘａｔｉｏｎ} ^.

開放端子電圧Ｕ_ＯＣＶの回復は、以下のように、回復時間、温度、ＳＯＣ、及びこれらの誤差に依存する。

ΔＵ_{ＯＣＶｒｅｌａｘａｔｉｏｎ}＝ｆ（ＳＯＣ，Ｔｅｍｐ，ｏｆｆｔｉｍｅ）.

上記関数ｆは、解析的には分からないため、セルの予備負荷による誤差の推定として、緩和状態におけるＵ_ＯＣＶの最大偏差が指数関数的に減少すると仮定される。

ΔＵ_{ＯＣＶｒｅｌａｘａｔｉｏｎ}＝ΔＵ_{ＯＣＶｒｅｌａｘａｔｉｏｎｍａｘ}・ｅｘｐ（−ｔ／τ_{ｒｅｌａｘ}）.

ここで仮定される、緩和を記述するための関数は、他の関数であってもよく、例えば、対数関数、多項式関数であってもよく、特に一次関数であってもよく、又は、区間ごとに様々に定義される関数であってもよい。

バッテリ管理システム２は、推定される容量Ｑ_ｅｓｔを定めるための更なる別のユニット１６を備え、このユニット１６は、総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓを定めるユニット８のデータと、充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２を定めるユニット１２のデータと、を受信して、更に処理する。推定される容量Ｑ_ｅｓｔを定めるユニット１６は、例えば以下の数式を用いて、推定される容量Ｑ_ｅｓｔを定め、

即ち、以下の数式用いて定める。

その際に、１／３６は、単位Ａｈに容量を換算し％で表示することによるスケーリング係数である。

バッテリ管理システム２は、総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓ測定誤差及び充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の測定誤差から総測定誤差ΔＱ／Ｑを定めるための更なる別のユニット１８を備え、このユニット１８は、総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓの測定誤差を定めるユニット１０のデータと、充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の測定誤差を定めるユニット１４のデータと、を受信して更に処理する。総測定誤差ΔＱ／Ｑは、例えば、以下の数式を用いて定められ、

即ち、以下の数式を用いて定められる。

バッテリ管理システム２は、容量の推定値Ｑ_ｅｓｔ及び総測定誤差ΔＱ／Ｑを用いてかつ容量の既知値Ｑ_ａｃｔを用いて容量の新値Ｑ_ｎｅｗを定めるための更なる別のユニット２０を備える。容量の新値Ｑ_ｎｅｗを定めるユニット２０は、容量の推定値Ｑ_ｅｓｔを定めるユニット１６のデータと、総測定誤差ΔＱ／Ｑを定めるユニット１８のデータと、を受信して、さらに処理する。さらに、容量の新値Ｑ_ｎｅｗを定めるユニット２０は、例えばバッテリ監視システム２のメモリ２３、例えば不揮発性メモリに格納された容量の既知値Ｑ_ａｃｔを受信する。容量の既知値Ｑ_ａｃｔは、他のやり方でもバッテリ管理システム２に提供されてもよく、例えば、通信線（図示せず）を介して提供されてもよい。

ユニット２０では、推定の誤差についての値が重み係数Ｗに変換され、この重み係数Ｗによって、実際に有効な容量_ａｃｔが以下の数式に従って更新されて、新値Ｑ_ｎｅｗとなる。

Ｑ_ｎｅｗ＝Ｗ・Ｑ_ｅｓｔ＋（１−Ｗ）・Ｑ_ａｃｔ ^.

バッテリ管理システム２はさらに、容量の新値Ｑ_ｎｅｗを提供するユニット２２を備え、このユニット２２は、容量の新値Ｑ_ｎｅｗを定めるユニット２０のデータを受信して更に処理する。容量の新値Ｑ_ｎｅｗを提供するユニット２２は、本実施形態ではさらに、容量の既知値Ｑ_ａｃｔの更新された値として容量の定められた新値Ｑ_ｎｅｗをバッテリ管理システム２のメモリ２３に格納するために、メモリ２３への書込みアクセス権を有する。

図２は、総測定誤差ΔＱ／Ｑに依存した重み係数Ｗの例示的な推移３２を示している。

推移３２は、ほぼ３つの範囲を含み、即ち、総測定誤差の第１の閾値２９を下回る第１の範囲２６であって、総測定誤差に依存せずにＷが一定して１である上記第１の範囲２６と、総測定誤差に依存してＷが０〜１の間に存在する第２の範囲２８と、総測定誤差の第２の閾値３１を上回る第３の範囲であって、総測定誤差に依存せずにＷが０に等しい上記第３の範囲と、を含む。Ｗが１に等しい第１の範囲２６は、提示される実施例では１％よりも低い非常に小さい誤差に対応する。Ｗが０〜１の間に存在する第２の範囲２８においては、総測定誤差は１％〜６％である。Ｗが０に等しい第３の範囲３０は、６％を上回る総測定誤差に対応する。

第２の範囲２８は、提示される実施例では、３個の小範囲２８−１、２８−２、２８−３に分けられ、その際この箇所では、実施形態に従って任意の数の範囲、例えば１〜１０個の範囲が設けられてもよい。この３個の小範囲２８−１、２８−２、２８−３では、Ｗの値は様々な勾配で１から０へと低下し、提示される実施例において、第１の範囲２８−１では、第２の範囲２８−２及び第３の範囲２８−３よりも勾配が強く、第２の範囲２８−２では、第３の範囲２８−３よりも勾配が強く、従って、第２の範囲２８における曲線は凸状（ｋｏｎｖｅｘ）であるとも言われる。重み係数Ｗは、全値域において総測定誤差と単調関係にあり、従って、測定誤差のより高い値が、重み係数Ｗのより低い値又は一定値と常に関連付けられている。その際に、非常に強い単調関係は、測定誤差のより高い値が重み係数のより低い値と常に関連付けられていることを意味する。第１の閾値２９及び第２の閾値３１は、実際の値を用いて設定することが可能であり、示されている数値には限定されない。第１の閾値２９は例えば０．１％〜２％の間の特定の値であってもよく、第２の閾値３１は、例えば、３％〜１０％の間の特定の値であってもよい。

図３は、ＳＯＣに対する開放端子電圧Ｕ_ＯＣＶの特性曲線の例示的な推移３４を示している。

ここでも、非常に強い単調関係が明確であり、従って、より高い充電状態ＳＯＣは、より高い端子電圧Ｖ_ＯＣＶと常に関連付けられている。特性曲線の推移３４は、複数の一連の検査の結果であってもよく、平均的なリチウムイオンバッテリセルの振る舞いを示している。

図４は、時間ｔに渡るバッテリセル電流Ｉの例示的な推移３６と、時間ｔに渡る充電状態ＳＯＣの例示的な推移３８と、を示している。第１の期間は駆動過程４０を含み、この駆動過程４０ではバッテリに負荷が掛かるため、加速時のサポート（ｂｏｏｓｔ、昇圧）と、制動エネルギーの回収（ｒｅｃｕｐｅｒａｔｉｏｎ、回生）と、に基づいてバッテリセル電流Ｉの負の値も、バッテリセル電流Ｉの正の値も存在しうる。充電状態ＳＯＣが、駆動過程４０の時間ｔに渡って低下していることが示されている。駆動過程４０の後には第１の回復過程４２が続き、この第１の回復過程４２では、充電状態ＳＯＣが少し上昇する。バッテリセル電流Ｉは、回復過程４２においては一定である。回復過程４２の後には充電過程４８が続き、この充電過程４８は、一定の電流Ｉで充電される第１の期間４４と、一定の端子電圧で充電される第２の期間４６と、を含む。充電過程４８の後には第２の回復過程４２が続き、この第２の回復過程４２では、バッテリセル電圧Ｉと充電状態ＳＯＣとは近似的に一定に保たれる。第２の回復過程４２の後には再び駆動過程４０が続き、再び電流消費や回生過程が起きる。

時点ｔ２の、第１の回復過程４２の終了時には、開放端子電圧の第１の測定が行われる。第２の回復過程４２の終了時に、即ち時点ｔ３には、開放端子電圧の第２の測定が行われる。さらに、測定時点ｔ２とｔ３との間に、総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓが定められる。第２の回復過程４２の終了時に、取り出された電荷の測定によって、容量Ｑ_ｎｅｗが本発明に基づいて決定されうる。

本発明は、本明細書に記載された実施例及び実施例で強調された観点に限定されない。むしろ、特許請求の範囲によって示される範囲内で、当業者の行為の範囲に収まる複数の変更が可能である。

容量の既知値Ｑ_ａｃｔは更新されて、容量の新値Ｑ_ｎｅｗとなる。測定誤差が大きい際には、容量の新値Ｑ_ｎｅｗは、測定によってそれほど大きく変更されないが、測定誤差が小さい際には、容量の新値Ｑ_ｎｅｗは、測定によって大きく変更される。これにより、バッテリの容量推定の新しい品質が実現され、その際に、当該品質は、容量の実際に分かっている値Ｑ_ａｃｔと容量の推定値Ｑ_ｅｓｔとの間の重み付けによって相関を有する。このことは、セルの容量が測定頻度に比べて比較的ゆっくりと変化するため有効である。例えば、１週間にほぼ一回容量測定が行われる。これに対して、容量は約１０年間で２０％分低下する。

図４は、時間ｔに渡るバッテリセル電流Ｉの例示的な推移３６と、時間ｔに渡る充電状態ＳＯＣの例示的な推移３８と、を示している。第１の期間は駆動過程４０を含み、この駆動過程４０ではバッテリに負荷が掛かるため、加速時のサポート（ｂｏｏｓｔ、昇圧）と、制動エネルギーの回収（ｒｅｃｕｐｅｒａｔｉｏｎ、回生）と、に基づいてバッテリセル電流Ｉの負の値も、バッテリセル電流Ｉの正の値も存在しうる。充電状態ＳＯＣが、駆動過程４０の時間ｔに渡って低下していることが示されている。駆動過程４０の後には第１の回復過程４２が続き、この第１の回復過程４２では、充電状態ＳＯＣが少し上昇する。バッテリセル電流Ｉは、回復過程４２においては一定である。回復過程４２の後には充電過程４８が続き、この充電過程４８は、一定の電流Ｉで充電される第１の期間４４と、一定の端子電圧で充電される第２の期間４６と、を含む。充電過程４８の後には第２の回復過程４２が続き、この第２の回復過程４２では、バッテリセル電流Ｉと充電状態ＳＯＣとは近似的に一定に保たれる。第２の回復過程４２の後には再び駆動過程４０が続き、再び電流消費や回生過程が起きる。

Claims

バッテリセルの容量決定のための方法であって、測定期間中にはバッテリセル電流Ｉが測定され、前記測定期間の開始時には前記バッテリセルの開放端子電圧Ｕ_ｏｃｖ１が測定され、前記測定期間の終了時には前記バッテリセルの開放端子電圧Ｕ_ｏｃｖ２が測定され、
前記方法は、
ａ）前記測定されたバッテリセル電流Ｉから総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓを定める工程と、
ｂ）前記測定された開放端子電圧Ｕ_ｏｃｖ１、Ｕ_ｏｃｖ２を用いて、前記測定期間の開始時の充電状態ＳＯＣ_１及び前記測定期間の終了時の充電状態ＳＯＣ_２を定める工程と、
ｃ）前記総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓと、前記充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の差分値と、を用いて前記容量の推定値Ｑ_ｅｓｔを定める工程と、
ｄ）前記総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓの測定誤差及び前記充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の測定誤差から、前記容量の前記推定値Ｑ_ｅｓｔの総測定誤差

を定める工程と、
ｅ）前記容量の既知値Ｑ_ａｃｔと、前記容量の前記推定値Ｑ_ｅｓｔと、前記総測定誤差ΔＱ／Ｑと、を用いて前記容量の新値Ｑ_ｎｅｗを定める工程と、
を含み、
前記容量の前記新値Ｑ_ｎｅｗは、前記容量の前記既知値Ｑ_ａｃｔ及び前記容量の前記推定値Ｑ_ｅｓｔと、以下のような単調関係にあり、即ち、
−前記総測定誤差ΔＱ／Ｑの少なくとも１つの第１の値のところで、前記容量の前記新値Ｑ_ｎｅｗが、前記容量の前記推定値Ｑ_ｅｓｔによって、前記少なくとも１つの第１の値を上回る前記総測定誤差ΔＱ／Ｑの少なくとも１つの第２の値のところで決定されるよりも良好に決定され、
−前記総測定誤差ΔＱ／Ｑの前記第１の値のところで、前記容量の前記新値Ｑ_ｎｅｗが、前記容量の前記既知値Ｑ_ａｃｔによって、前記総測定誤差ΔＱ／Ｑの前記第２の値のところで決定されるほど良好に決定されないような、単調関係にある、方法。
前記容量の前記新値Ｑ_ｎｅｗは、前記総測定誤差ΔＱ／Ｑの第１の閾値（２９）を下回る際には、前記容量の前記推定値Ｑ_ｅｓｔによってほぼ決定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記容量の前記新値Ｑ_ｎｅｗは、前記総測定誤差ΔＱ／Ｑの第２の閾値（３１）を上回る際には、前記容量の前記既知値Ｑ_ａｃｔによってほぼ決定されることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか１項に記載の方法。
前記方法は、更なる工程、即ち、
ｆ）重み係数Ｗを定める工程であって、前記重み係数Ｗは前記総測定誤差ΔＱ／Ｑと単調関係にあり、前記容量の前記新値Ｑ_ｎｅｗは工程ｆ）において以下の数式を用いて定められる、前記定める工程を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。

Ｑ_ｎｅｗ＝Ｑ_ａｃｔ＋Ｗ・Ｑ_ｅｓｔ−Ｗ・Ｑ_ａｃｔ
前記総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓは、前記工程ａ）において、前記測定されたバッテリセル電流Ｉを前記測定期間で積分することで定められることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
前記容量の前記推定値Ｑ_ｅｓｔは、前記工程ｃ）において、前記総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓを前記充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の差分値で割った商によって定められることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
前記測定期間の開始時の前記充電状態ＳＯＣ_１及び前記測定期間の終了時の前記充電状態ＳＯＣ_２は、前記工程ｂ）において、前記充電状態の振る舞いの特性曲線（３４）を用いて、前記測定された開放端子電圧に従って定められ、前記充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の前記測定誤差ΔＳＯＣ_１、ΔＳＯＣ_２は、前記特性曲線（３４）の線形化によって、前記測定された開放端子電圧Ｕ_ｏｃｖ１、Ｕ_ｏｃｖ２の誤差から定められることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
前記充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の前記測定誤差は、以下の数式を用いて定められる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
前記測定期間の前記開始と前記測定期間の前記終了とは、各々、前記バッテリセルの緩和期間の後に続いて起きることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
コンピュータプログラムが、プログラム可能なコンピュータ装置で実行される場合に、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実行するためのコンピュータプログラム。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実行するよう構成されたバッテリ管理システム（２）であって、
ａ）バッテリセル電流Ｉを定めるユニット（４）と、
ｂ）バッテリセルの開放端子電圧Ｕ_ｏｃｖ１、Ｕ_ｏｃｖ２を定めるユニット（６）と、
ｃ）前記測定されたバッテリセル電流Ｉから総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓを定めるユニット（８）と、
ｄ）前記測定された開放端子電圧Ｕ_ｏｃｖ１、Ｕ_ｏｃｖ２を用いて、前記測定期間の開始時の充電状態ＳＯＣ_１及び前記測定期間の終了時の充電状態ＳＯＣ_２を定めるユニット（１２）と、
ｅ）前記総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓと、前記定められた充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の差分値と、を用いて前記容量の推定値Ｑ_ｅｓｔを定めるユニット（１６）と、
ｆ）前記総バッテリセル電流Ｉ_ｇｅｓの測定誤差及び前記充電状態ＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２の測定誤差から、前記容量の前記推定値Ｑ_ｅｓｔの総測定誤差ΔＱ／Ｑを定めるユニット（１８）と、
ｈ）前記容量の既知値Ｑ_ａｃｔと、前記容量の前記推定値Ｑ_ｅｓｔと、前記総測定誤差ΔＱ／Ｑと、を用いて前記容量の新値Ｑ_ｎｅｗを定めるユニット（２０）と、
ｉ）前記バッテリセルの前記容量の前記新値Ｑ_ｎｅｗを提供するユニット（２２）と、
を備える、バッテリ管理システム（２）。
請求項１１に記載のバッテリ管理システム（２）を備えた車両。