JP4648322B2 - バッテリーの充電状態の決定方法と決定装置 - Google Patents
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Description
ここで、「バッテリー」という用語は、電気エネルギが化学反応によって生産される、1または複数のセルで構成された一般的な電気化学の蓄電池の意味で使用される。
本発明による方法、及び、装置は、充電式のリード酸、ニッケルカドミウム(Ni−Cd)、ニッケル地金水素化物(Ni−MH)のバッテリーの充電状態の決定に適している。
更には、本発明はその方法を行うのに適した装置に関する。
本発明では、遷移周波数は、インピーダンス線図が実軸に交差する周波数値だけでなく、特に、共振周波数といった、匹敵する特性に従った他の周波数も指定するために使用される。
一つの方法では、遷移周波数は、交流電圧とバッテリーを流れる交流電流の強さが同相となる周波数に対応している。
もう一つの方法では、インピーダンスの虚数部は、バッテリーを流れる交流電流の信号のために、周波数f±によって消される。
図4は、複素平面におけるインピーダンスに関連する、パラメータのグラフ表示を示している。
また、この装置は、バッテリー(40)を流れる交流を取得するために検出変換器(60)を含む。
抵抗器は、典型的な電力供給網に対し、知られた周波数にて接続、非接続され、また、前記抵抗器は、電力供給網に統合されることになる。これらの抵抗のスイッチングは、スイッチング周波数を制御し、さらに必要とあれば、電流の強さを測定する制御装置によって、しばしば行われる。したがって、図5に示される実用例の改変として、既存の制御装置によって記録される電流の値を利用し、また、それを位相比較器(100)にそれを送ることとするのは可能である。この実施例は図6に示されている。
本発明によるこの実施例の装置は、雑音信号によって励起されないバッテリー(40)の充電状態を決定するために有効である。この実施例による装置は、電力供給網に存在する負荷と電流源が、関連周波数範囲において十分な振幅を有する信号を供給しない場合において使用されることが想定される。
追加の測定は必要とならない。しかしながら、追加の測定を提供してもよい。
また、説明したように、インピーダンス虚数部の相関関係から遷移周波数も決定できる。
この装置はバッテリー(40)に接続され、バッテリー(40)によって供給された電力供給網に存在する雑音信号によって励起される。
これらの雑音信号は、存在する負荷(10)又は電流源(20)で発生する交流である。
図6で説明したように、これらの雑音信号の振幅、周波数、および位相は、多くの場合、負荷(10)または電流源(20)自体によって評価できる。負荷(10)と電流源(20)の制御装置は、電流信号を装置に転送するように設計することができる。
また、この装置は、バッテリー(40)で交流電圧降下を測定するためのセンサー(50)を含む。
電圧信号はローパスフィルタ(150)にて処理され、この処理は、関連する周波数領域に周波数をもつ部分の信号だけによって行われる。
ローパスフィルタを通り抜ける電圧信号の割合は、負荷(10)または電流源(20)によって発生した電流の振幅、周波数、および整相の情報と共に、フーリエ変換の手段(160)に転送される。
信号変換の決定のためのすべての情報は、手段(160)に利用可能とされる。
インピーダンス虚数部が僅かにゼロを超える一つの周波数と、インピーダンス虚数部が僅かにゼロを下回るもう一つの周波数の、2つの周波数を選択することが望ましい。両インピーダンス虚数部は、直線的にリンクされる。
遷移周波数、バッテリー(40)を流れる直流電流、及び、作動温度は、演算装置(120)に提供される。
この装置には、バッテリー(40)を流れる直流電流とバッテリー(40)の作動温度を測定するセンサー(60、70)が配備される。
図5に示されるように、演算装置(120)は順次、バッテリー(40)の充電状態を決定する。
本実施例は、図8に示される実施例と比較して、バッテリー(40)が分析ユニット(170)によって制御される可変電流源(30)に接続されるという点で異なる。
変電流源(30)によって供給される交流の周波数と位相は、分析ユニット(170)によって制御され、電圧の周波数、位相、振幅、及び、電流の情報は、フーリエ−変換を実行する手段(160)に転送され、適宜、部分的に評価される。
これらの相違点を除き、図9の装置は、図8の装置と同様のコンポーネントを配備し、同様のオペレーションが行われる。
Z” 複素インピーダンスの虚数部
f± バッテリーの遷移周波数
R± 虚数部がゼロであるインピーダンスの実数部
f バッテリーを流れる交流の周波数
SOC バッテリーの充電状態
Z インピーダンス
φ インピーダンスの引数
10 負荷
20 電流源
30 可変電流源
40 バッテリー
50 バッテリーの電圧降下の測定のためのセンサー
60 バッテリーを通る電流測定のためのセンサー
70 バッテリーの作動温度測定のためのセンサー
80 バンドパスフィルタ
90 バンドパスフィルタ
100 位相比較器
110 制御装置
120 演算装置
130 ディスプレイ装置
140 電池管理システム
150 ローパスフィルタ
160 フーリエ変換の手段
170 分析ユニット
Claims (28)
- インピーダンス(Z)の遷移周波数(f±)が交流によって励起される、バッテリー(40)のために決定され、
前記遷移周波数(f±)が、バッテリー(40)のインピーダンス(Z)の虚数部(Z”)がゼロになる交流周波数となるときに、
該交流周波数である前記遷移周波数(f±)に基づいて、バッテリー(40)の充電状態(SOC)を決定する、
ことを特徴とする、
バッテリーの充電状態の決定方法。 - 前記バッテリー(40)が、
前記バッテリー(40)を含む電力供給網にある負荷(10)で発生する雑音信号によって、
及び/又は、前記電力供給網に含まれる交流源(20)によって、励起される、
ことを特徴とする、
請求項1に記載のバッテリーの充電状態の決定方法。 - 前記バッテリー(40)の交流電圧の降下が測定される、
ことを特徴とする、
請求項1又は請求項2に記載のバッテリーの充電状態の決定方法。 - 前記バッテリー(40)を流れる交流の強さが測定される、
ことを特徴とする、
請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定方法。 - 交流電圧と交流電流との位相の位相差が決定される、
ことを特徴とする、
請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定方法。 - 交流電流の前記遷移周波数(f±)は、
交流電圧と交流電流の位相差がゼロになるように決定される、
ことを特徴とする、
請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定方法。 - 前記バッテリー(40)の複素インピーダンス(Z)が決定される、
ことを特徴とする、
請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定方法。 - 複素インピーダンス(Z)の虚数部がゼロになるところにおいて、
交流の遷移周波数(f±)が決定される、
ことを特徴とする、
請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定方法。 - 前記バッテリー(40)を励起して、交流の周波数(f)が変更される、
ことを特徴とする、
請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定方法。 - 遷移周波数(f±)および前記バッテリー(40)の作動温度に基づいて、該バッテリー(40)の充電状態(SOC)を決定する、
ことを特徴とする、
請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定方法。 - 遷移周波数(f±)および前記バッテリー(40)に流れる直流電流に基づいて、該バッテリー(40)の充電状態(SOC)を決定する、
ことを特徴とする、
請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定方法。 - 遷移周波数(f±)および前記バッテリー(40)の老化状態に基づいて、該バッテリー(40)の充電状態(SOC)を決定する、
ことを特徴とする、
請求項1乃至請求項11のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定方法。 - 前記バッテリー(40)の老化状況が決定される、
ことを特徴とする、
請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定方法。 - 交流によって励起される、バッテリー(40)のインピーダンス(Z)の遷移周波数(f±)を決定する手段と、
該遷移周波数(f±)が、バッテリー(40)のインピーダンス(Z)の虚数部(Z”)がゼロになる交流周波数となるときに,
該交流周波数である前記遷移周波数(f±)に基づいて、バッテリー(40)の充電状態(SOC)を決定する演算手段(120)と、
を有する、
バッテリーの充電状態の決定装置。 - 交流電源(30)を有する、
ことを特徴とする、
請求項14に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。 - 遷移周波数(f±)の決定手段が、
前記バッテリー(40)に交流電圧降下を測定するためのセンサー(50)を有する、
ことを特徴とする、
請求項14又は請求項15に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。 - 遷移周波数(f±)の決定手段が、
前記バッテリー(40)を流れる交流電流の強さを測定するためのセンサー(50)を有する、
ことを特徴とする、
請求項14乃至請求項16のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。 - 遷移周波数(f±)の決定手段が、
測定される電流と電圧信号をフィルタリングするための可変周波数フィルタ(80、90、150)を少なくとも一つ有する、
ことを特徴とする、
請求項14乃至請求項17のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。 - 遷移周波数(f±)の決定手段は、
フィルタにかけた電流と電圧信号の位相差を決定する位相比較器(100)を有する、
ことを特徴とする、
請求項14乃至請求項18のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。 - 遷移周波数(f±)の決定手段は、
位相差を精査し、周波数フィルタ(80、90)の転送される周波数、及び/又は、交流電流源(30)の転送される周波数が、その位相差がゼロになるまで改変する、制御装置(110)を有する、
ことを特徴とする、
請求項14乃至請求項19のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。 - 遷移周波数(f±)の決定手段は、
測定される電流と電圧信号をフーリエ変換する手段(160)を有する、
ことを特徴とする、
請求項14乃至請求項20のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。 - 遷移周波数(f±)の決定手段は、
変換された信号を分析し、
前記バッテリー(40)のインピーダンス(Z)の虚数部(Z”)がゼロになる周波数を決定する、分析ユニット(170)を有する、
ことを特徴とする、
請求項14乃至請求項21のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。 - 前記バッテリー(40)の作動温度を測定するためのセンサー(70)を有する、
ことを特徴とする、
請求項14乃至請求項22のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。 - 前記バッテリー(40)を流れる直流電流の強さを測定するためのセンサー(60)を有する、
ことを特徴とする、
請求項14乃至請求項23のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。 - 演算装置(120)は、
前記バッテリー(40)の作動温度において、
遷移周波数(f±)およびバッテリー(40)の作動温度に基づいて、該バッテリー(40)の充電状態(SOC)を各々演算する、
ことを特徴とする、
請求項14乃至請求項24のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。 - 演算装置(120)は、
前記バッテリー(40)を流れる直流電流の強さにおいて、
遷移周波数(f±)およびバッテリー(40)の直流電流の強さに基づいて、該バッテリー(40)の充電状態(SOC)を各々演算する、
ことを特徴とする、
請求項14乃至請求項25のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。 - 演算装置(120)は、
前記バッテリー(40)の老化状況において、
遷移周波数(f±)およびバッテリー(40)の老化状況に基づいて、該バッテリー(40)の充電状態(SOC)を各々演算する、
ことを特徴とする、
請求項14乃至請求項26のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。 - 前記バッテリーの充電状態(SOC)を表示するためのディスプレイ装置(130)を有する、
ことを特徴とする、
請求項14乃至請求項27のいずれか一項に記載のバッテリーの充電状態の決定装置。
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