JP5829681B2 - 電気自動車用バッテリパックのメンテナンス - Google Patents

Description

本発明は、蓄電用バッテリパックを用いるタイプの電気自動車に関する。より具体的には、本発明は、そのようなバッテリパックのメンテナンスに関する。

従来より、自動車はその動力源として内燃エンジンを用いてきた。石油が動力源であった。しかし、バッテリにエネルギをさらに蓄える車両が、広く用いられていることが分かっている。そのような車両は、燃料効率の向上を提供することができ、代替のエネルギ源を用いて操作することができる。

いくつかのタイプの電気自動車は、電気モータ及び電気を用いて完全に動力供給される。他のタイプの電気自動車は、内燃エンジンを含む。内燃エンジンは電気を発生させるために用いられることができ、電気モータによって供給される動力を補足することができる。これらのタイプの車両は、「ハイブリッド」電気自動車として周知である。

電気自動車の作動は、電源を必要とする。通常、電気自動車は、複数のバッテリからなる大きなバッテリパックに電気を蓄える。これらのバッテリは、数多くの個別電池によって形成される場合があるか、又はバッテリ及びバッテリパックの構成に依存して、それら自体が個別電池である場合がある。パックは大きく、交換が高価になる可能性がある。

電気自動車からの使用済みバッテリパックを修理又は試験するための方法及び装置は、車両からバッテリパックを取り除くことを含む。バッテリ試験は、複数のバッテリの少なくともいくつかについて行われ、試験されたそれぞれのバッテリのバッテリ試験結果が得られる。クレードルは、少なくとも２つの異なるタイプのバッテリを受けるように構成される。クレードルは、バッテリテスタの回路をバッテリに電気結合するためのコネクタを含む。

電気自動車の簡略化されたブロック図である。 図１の電気自動車で用いるためのバッテリパックの簡略化された図である 本発明の実施形態の一例による装置のブロック図である。 バッテリパックの修繕で用いるための、バッテリの選択に用いるための装置の簡略化されたブロック図である。 図３及び４に示されたデータベースを図示する。 バッテリパックの修繕に用いるための工程を示すフローチャートである。 バッテリを受けるように構成されたクレードルを含む診断装置を示す、簡略化されたブロック図である。 電圧及び電流対バッテリの充電時間のグラフを示す。 電圧及び電流対バッテリの放電のグラフを示す。 電気自動車バッテリの構成の正面斜視図である。 電気自動車バッテリの別の構成の面斜視図である。 ハイブリッド電気自動車バッテリの構成の正面斜視図である。 ハイブリッド電気自動車バッテリの構成の背面斜視図である。 ハイブリッド電気自動車バッテリの別の構成の正面斜視図である。 ハイブリッド電気自動車バッテリの別の構成の背面斜視図である。 バッテリに結合するために用いる極性反転回路を示す略図である。 クレードルの中に入れられた電気自動車バッテリを示す斜視図である。 クレードル内に配置された図１５のバッテリを示す斜視図である。 クレードル内に配置された図１６のバッテリを示す斜視図である。 閉位置にあるカバーを有するクレードルを示す斜視図である。 図１５のクレードルの上面切取図である。 クレードルに面しているハイブリッド電気自動車バッテリの斜視図である。 図２０のクレードルの中に位置付けられたバッテリの斜視図である。 図２０のクレードルの中に固定されたバッテリの斜視図である。 閉位置にあるカバーを有する、図２０のクレードルを示す斜視図である。 図２０のクレードルの側面断面図である。 図２０の電気接点を示す斜視図である。 図２０のクレードルの中に配置されたバッテリの上面平面図である。 図２０のクレードルの中に固定されたバッテリを示す上面平面図である。

背景のセクションで述べられたように、電気自動車に用いられるバッテリパックは、大量のエネルギを蓄えることが可能である。バッテリパックは大きく、高電圧を伴うために操作及び試験が難しい。さらに、バッテリパックは高価である。１つの態様では、本出願は、バッテリパック内の単一の不良なバッテリが、バッテリパック全体の性能を低減させる可能性があることを認識している。不良なバッテリは、バッテリパックが蓄えることができるエネルギ量を低減させ、バッテリパックが再充電される割合を低減させ、バッテリパック内の他のバッテリを早々に消耗させる可能性がある。

本発明の１つの態様では、バッテリパックは、電気自動車から取り除かれて、それによってそれにメンテナンスを行うことができる。より具体的には、パックの個別バッテリが試験される。修繕されたバッテリパックは、修繕されたバッテリパックを作成するために用いられる新しいバッテリセットを準備することによって作られる。新しいバッテリセットは、１以上のさらなるバッテリとともに、以前に用いられたバッテリパックからの使用済みバッテリから形成される。修繕されたバッテリパックを形成するために用いられるこれらのバッテリは、少なくとも１回の他のものと同様の試験結果を有するように選択される。そして、修繕されたバッテリパックは、電気自動車の中に配置されて、車両用の電力源として用いられることができる。

図１は、電気自動車１００の簡略化されたブロック図である。電気自動車１００は、電力に基づいて単独で動作するように構成されることができるか、又は内燃エンジンを含んでもよい。車両１００は、バッテリパック１０２と、少なくとも１つの電気モータ１０４とを含む。車両用電子機器及び制御システム１０６は、バッテリパック及び電気モータに結合され、それらの動作を制御するように構成される。車両１００のホイール１１０は、電気モータ１０４からの機械的入力に応じて、車両を推進させるように構成される。電気モータ１０４は、バッテリ１０２から引き出されたエネルギを用いて動作する。いくつかの構成では、電気モータ１０４又は他の機器によって、ブレーキエネルギがホイール１１０から取り戻される再生ブレーキシステムを用いることができる。取り戻されたエネルギを用いて、バッテリパック１０２を充電することができる。

図１は、車両１００の任意のコンポーネントをさらに示す。これらの任意のコンポーネントは、車両１００が「ハイブリッド」車両として動作することを可能にする。そのような構成では、たとえば石油ベースの燃料１２２を用いて動作する内燃エンジン１２０が設けられる。エンジン１２０は、ホイール１１０及び／又は発電機１２２を機械的に直接駆動するように構成されることができる。発電機１２２は、バッテリパック１０２を充電し、及び／又は電気モータ１０４に直接電力を提供するように構成されることができる。

バッテリパック１０２は、電気自動車１００の肝要なコンポーネントである。バッテリパック１０２の動作は、車両の効率、車両の全ての範囲、バッテリパック１０２が充電されることができる割合、及びバッテリパック１０２が放電されることができる割合を決定する。

図２は、バッテリパック１０２の例の構成の簡略化された図である。図２では、複数の個別バッテリ１４０が直列及び並列に接続されて示される。個別バッテリ１４０の各々は、単一の電池を含んでもよいか、又は直列及び／又は並列接続された多数の電池を含んでもよい。これらは、単一の電池又は一群の電池によって形成された着脱可能なバッテリモジュールであってもよい。エレメント１４０が一群の電池である場合、いくつかの構成では、バッテリ内で個別の接続が有効であってもよく、また本発明に従って用いられてもよい。

車両１００の寿命の間、バッテリパック１０２は、時間及び使用とともに劣化する。この劣化は、段階的である場合、又はパック１０２内部のコンポーネントの故障に基づいて急速に生じる場合がある。そのような故障が生じるか、又はパックがかなり劣化すると、通常はバッテリパック１０２全体が交換される。バッテリパック１０２は、電気自動車１００の主要コンポーネントの１つであり、その交換は非常に高価になる可能性がある。１つの態様では、本発明は、バッテリパック１０２上でメンテナンスを行うことに向けられる。メンテナンスは、バッテリパックが故障した後か、又はバッテリパックの故障に先立って行われることができる。

１つの態様では、本発明は、バッテリパック１０２の故障、劣化、又は近い将来の故障が、パック１０２内部の１以上の個別バッテリ１４０の故障又は劣化に起因するかもしれないことを認識することを含む。そのような場合、バッテリパック１０２は、故障した、故障している、又は劣化したバッテリ１４０を識別して、それらを動作可能なバッテリ１４０と交換することによって修繕されるかあるいは修理されることができる。別の態様では、本発明は、バッテリパック１０２の中の欠陥のあるバッテリ１４０を単に交換することが、修理されるか又は修繕されたバッテリパック１０２に最良の構成を提供しないかもしれないことを認識することを含む。より具体的には、バッテリパック１０２内部の「不良な」バッテリ１４０を交換するために用いられる「新しい」バッテリ１４０が、パック１０２の中の他のバッテリ１４０に対して均衡しないバッテリを取り入れることになる。この均衡しないバッテリ１４０は、バッテリパック１０２にさらなる低下を生じさせる場合がある。このため、１つの態様では、本発明は、バッテリパック１０２内部の不良なバッテリ１４０を交換するために、同様の特徴又は測定されたパラメータを有するバッテリ１４０を選択することを含む。

１つの態様では、本発明は、バッテリパック１０２で用いるためのバッテリ１４０が、測定されたパラメータに基づいて、交換のために選別されて選択される方法及び装置を提供する。測定されたパラメータは、それらが所望の範囲内で互いに一致するように選択されることができる。パラメータの例は、バッテリの静的特性が静的機能を用いて測定される静的パラメータに加えて、バッテリの特性が動的機能を用いて測定される動的パラメータを含む。パラメータの例は、動的パラメータ、たとえばコンダクタンス抵抗、アドミタンス、インピーダンス等に加えて、静的等価性を含む。負荷試験ベースのパラメータをさらに使用してもよい。パラメータの他の例は、バッテリキャパシタンス、バッテリ充電状態、バッテリ電圧、及び他を含む。

図３は、バッテリパック１０２にメンテナンスを行うためのバッテリパックメンテナンス装置２００の簡略化されたブロック図である。図３は、バッテリ試験回路の一例を示し、図３では、メンテナンス装置２００は、正極２０２及び負極２０４を有するバッテリ１４０に結合されて示される。端子２０２への接続２０６が設けられ、端子２０４への同様のコネクタ２０８が設けられている。接続２０４及び２０６は、ケルビン接続として図示されているが、本発明者は、この構成に限定されない。接続２０６及び２０８を通して、強制機能２１０がバッテリ１４０に結合されている。強制機能は、バッテリ１４０に強制機能信号を付与する。強制機能信号は、時変成分を有してもよく、また電気信号がバッテリに注入されるアクティブな信号であってもよく、電流がバッテリから引き出される受動信号であってもよい。測定回路２１２は、強制機能２１０から付与された強制機能信号に対するバッテリ１４０の応答を測定するように構成される。測定回路２１２は、マイクロプロセッサ２１４に測定信号を与える。マイクロプロセッサ２１４は、メモリ２２０に記憶された命令に従って動作する。また、メモリ２２０は、バッテリ１４０から測定されたパラメータを収めるように構成されてもよい。ユーザ入出力回路２２０は、操作者が用いるために設けられる。さらに、装置２００は、データベース２２０内にデータを保存するように構成される。バッテリ試験は、任意には、あらゆる所望の技術に従って行われてもよい。

動作中、装置２００は、ケルビン接続２０６及び２０８を通して、バッテリ１４０のパラメータを測定することが可能である。たとえば、強制機能は、強制機能２１０によって付与されることができる。測定回路２１２は、バッテリ１４０上に付与された強制機能信号の影響を監視し、マイクロプロセッサ２１４に出力を応答的に与えることができる。このことは、バッテリの動的パラメータ、たとえば動的なコンダクタンス等を測定するために用いることができる。本発明は、この特定の試験方法に限定されず、他の技術をさらに使用してもよい。さらに、バッテリ１４０又はバッテリ１４０群の試験は、バッテリパック１０２内部のセンサを用いて行われてもよい。そのような構成では、試験は、バッテリパック１０２を分解することなく行われ得る。マイクロプロセッサ２１４は、メモリ２２０に記憶されたプログラミング命令に従って動作することができる。また、メモリ２２０は、マイクロプロセッサ２１４によって情報を記憶することができる。装置２００の動作は、たとえばキーボード等の手動入力及び／又はディスプレイ等の出力を含むことができるユーザＩ／Ｏ２２０によって制御されることができる。以下により詳細に述べるように、バッテリの測定されたパラメータは、後に取り出すためにデータベース２２２に保存されることができる。

図４は、本発明の実施形態の一例によるバッテリ選択システム２５０の簡略化されたブロック図である。バッテリ選択システム２５０は、図３に示された装置２００に組み入れられることができるか、又は別個のシステムにすることができる。システム２５０は通常、コンピュータ又はマイクロプロセッサシステムに組み込まれてもよく、データベース２２２から情報にアクセスするように構成される。システム２５０は、データベース２２２及びバッテリ選択基準２５４に結合された制御部２５２を含む。制御部２５２は、選択基準２５４に基づいて、データベース２２２に保存されたバッテリパラメータを検査する。この検査に基づいて、制御部２５２は、選択情報出力２５５を提供する。選択情報出力２５５は、データベース２２２で識別されたいずれのバッテリが、修繕されたバッテリパック１０２を形成するために用いられるべきかに関する情報を提供する。選択情報出力２５５は、具体的にバッテリパック１０２の物理的又は電気的構成のどこに特定的なバッテリ１４０が位置付けられるべきかに関する情報をさらに含んでもよい。キーパッド等の物理的入力及び／又はディスプレイ等の出力を含み得るユーザＩ／Ｏ２５６がさらに設けられる。ユーザＩ／Ｏを用いて、制御部２５２に命令を与え、制御部２５２に機構を設けて、操作者に出力を提供することができる。選択情報出力２５５は、ユーザＩ／Ｏ２５６を通して、又は他の何らかの手段を通して伝達されてもよい。さらに、選択基準２５４は、所望のように更新されることができる。いくつかの構成では、制御部２５２は、データベース２２２内部でデータを修正するように構成されることもできる。選択基準２５４及びデータベース２２２は、メモリ、たとえば図３に示されたメモリ２２０に組み込まれることができる。

図５は、データベース２２２の構成の例を示す。データベース２２２は、数多くの異なるフィールドを含む。バッテリ識別フィールド２２４は、バッテリ１４０を識別する情報を記憶するために用いられる。バッテリ１４０は、既存のバッテリパック１０２内部からのバッテリであってもよく、又は新しいバッテリ１４０であってもよい。少なくとも１つのバッテリパラメータ２２６が、識別されたバッテリと関連付けられる。いくつかの構成では、１以上のバッテリパラメータ２２６が、１つの特定的なバッテリ１４０と関連付けられる。

バッテリ識別２２４は、バッテリを識別するために用いられることができる情報を提供する任意の技術に従うことができる。このことは、たとえば、シリアルナンバー等を含んでもよい。識別情報は、修繕工程中に、又は他の何らかの時、たとえばバッテリ１４０又はパック１０２の製造中に作成されることができる。この情報は、たとえば、図３に示されるユーザＩ／Ｏ２２０又は図４に示されるユーザＩ／Ｏ２５６を用いて、データベース２２２に手動で入力されてもよく、又はさらなる自動化技術、たとえばバーコードスキャナ、ＲＦＩＤタグ等を用いてデータベース２２２に入力されてもよい。ユーザＩ／Ｏ２２０及び２５６は、そのような入力部を含んでもよい。バッテリパラメータ２２６は、識別されたバッテリ１４０に関する任意の情報を含むことができる。情報は、バッテリ試験を通して得られた情報であることができ、又は他の手段を通して得られた情報であってもよい。たとえば、バッテリの寿命に関する情報、バッテリ１４０が、操作者が何らかの問題を識別したか又はしていないバッテリパック１０２からのものであるかに関する情報、製造情報、地理的位置情報、バッテリパック１０２内部のバッテリの位置に関する情報等を用いてもよい。他のパラメータの例は、バッテリを試験することによって収集されたパラメータを含み、温度等を含んでもよい。これらのパラメータは、あらゆるタイプのバッテリ試験の結果、又は試験が行われる前、その最中又はその後に測定又は収集されたデータを含んでもよく、本明細書で述べられるものに限定されない。

図６は、本発明の実施形態の一例による工程を示す、簡略化されたブロック図３００である。工程は、ブロック３０２で開始する。ブロック３０４で、上で述べられたようにバッテリパラメータが収集される。これらのバッテリパラメータは、データベース２２２に保存され、各バッテリ１４０を識別する情報と関連付けられる。ブロック３０６で、データベース２２２に収容されたデータに選択基準２５４が付与される。ブロック３０８で、図４に示された制御部３５２は、この選択基準に基づいて、上述のように修繕されたバッテリパック情報を識別する選択情報出力２５５を提供する。

上述のシステムの動作中、バッテリパック１０２内部の任意の不良なバッテリ１４０は、試験によって識別されて、バッテリパックから取り除かれる。このことは、バッテリパック１０２が充電及び放電されることを必要とする。さらに、バッテリパック１０２の中の残りのバッテリ１４０、そして任意の置き替えバッテリ１４０が充電又は放電されて、それら全部がほぼ同じ充電状態となる。

バッテリは、パック内に残存する間に、多数のバッテリ間の個別のポイントにおける接続を通して、試験されてもよい。別の例では、バッテリは、車両１００の内部データバスを経由してデータを収集することによって試験される。別の例では、バッテリパック１０２全体が、パック１０２全体又はパック１０２の一部に既知の電流を供給することによって試験され得る。この電流は、直流電流、時変直流電流、バイポーラ電流、ユニポーラ交流電流等であってもよい。電流が付与されている間、バッテリパック１０２内部のバッテリ１４０又はバッテリ１４０群は、監視されることができる。この監視は、バッテリパック１０２に対して内側にあるセンサによっても、又はバッテリ１０２に対して分離可能に適用されるセンサによってもよい。別の例では、パックから個別のバッテリが取り外されて試験される。

本発明は、バッテリの高電圧ストリングにおいて、１つの欠陥のあるバッテリ１４０を単に新しいバッテリ１４０と交換することは、バッテリパック１０２の修繕に最善の解決を提供しないかもしれないことの認識を含む。これは、交換バッテリ１４０が、バッテリパック１０２内の他のバッテリ１４０とのバランスが取れないかもしれないためである。このため、バッテリパック１０２の中のバッテリ１４０は、選択基準２５４に依存して、それらが類似した容量、充電状態、電圧、インピーダンス、コンダクタンス、又は他のパラメータを有するような方法でバランスを取ることが望ましい。

特定の選択基準２５４は、所望のように選択することができる。たとえば、選択基準２５４は、多くの異なるバッテリパック１０２にわたって多くのバッテリ１４０を試験して、いずれのパラメータ２２６又は複数のパラメータ２２６が、バッテリパック１０２内部の他のバッテリ１４０と「バランスが取れない」場合に有害な影響力を有しているかを識別し、特定のパラメータ２２６の許容可能な値の範囲を識別し、多数のパラメータ２２６間の相互関係を識別し、及び／又はバッテリパック１０２内のそのようなバッテリ１４０の特定の物理的又は電気的構成を特定することによって決定されることができる。負荷試験を一例として用いて、一群のバッテリ１４０は、ある期間の間所望の割合で十分に充電され、その後放電されることができる。放電の間又は放電後のバッテリ１４０の電圧が測定されることができる。他のバッテリ１４０の電圧の選択されたパーセンテージ範囲内である電圧を有するバッテリ１４０は、修繕されたバッテリパック１０２で用いるために識別され得る。この選択工程は、バッテリパック１０２内の欠陥のあるバッテリ１４０を交換するために用いられるバッテリ１４０に対してのみ、又は特定のバッテリパック１０２内のすべてのバッテリ１４０を含む、バッテリパック１０２内の追加のバッテリ１４０に適用され得る。さらに、欠陥のあるバッテリ１４０を交換するために用いられるバッテリ１４０は、それら自体が修繕されているかあるいは分解されている工程にある他のバッテリパック１０２から取りだされてもよい。交換バッテリ１４０は、新しいかあるいは未使用のバッテリ１４０をさらに含んでもよい。本明細書で述べられたバッテリ１４０は、個別電池を含んでもよいか、又は多数の電池又はバッテリを含んでもよい。バッテリ１４０及び／又は電池は、任意の好適なバッテリ技術に従って動作してもよい。上述のデータベース２２２は、任意の好適なデータベース２２２フォーマットに組み込まれてもよい。１つの構成では、データベース２２２は、手動で組み込まれ得る。別の構成では、データベースは、メモリ、たとえば、コンピュータメモリに記憶される。

図７は、バッテリクレードル３５０を含むバッテリテスタ２００を示す簡略化されたブロック図である。テスタ２００は、ユーザＩ／Ｏ２２０に結合された試験回路３５２を含む。また、図７は、遠隔位置と、たとえばネットワークを経由して、中央集中型データシステム、他の電気機器、リモートユーザ等と通信するためのリモートＩ／Ｏ接続３５４を図示する。図７には、任意のプリンタ３５６がさらに図示され、試験結果又は他の情報の物理的なハードコピーを提供するために用いられることができる。

試験回路３５２は、バッテリ３５０に、及び着脱可能なケーブル３６０に結合する。ケーブル３６０は、バッテリクレードル３５０及び試験回路３５２にそれぞれプラグ接続する端部３６２及び３６４を有する。バッテリ１４０は、クレードル３５０内に置かれることができ、ここでバッテリ１４０によって試験が行われ得る。バッテリ１４０は、クレードル３５０の中のケルビン接続２０６及び２０８に結合するバッテリ端子２０２及び２０４を含むものとして図示される。これらはケルビン接続又は単一接続であってもよい。中間点コネクタ３７０が図示され、これは中間点試験コネクタ３７２がバッテリ１４０内部の電池又は電池群間の１以上の接続に接続することを可能にする。

図７に示された構成は、バッテリ試験回路へのバッテリの接続の技術的要求を簡略にする。個別クレードルを用いることで、バッテリが試験のための場所に単に「はめられる」ことが可能になる。クレードルは、保護ケースカバー及び一体化された安全ロックを含み、試験中、操作者及び回路を保護することができる。機械的及び／又は電気的な極性検出は、以下により詳細に述べられるように用いられることができる。ケーブル３６０は、長期間にわたる使用を通して摩耗した場合のように交換されることができる。加えて、異なるタイプのクレードルを、異なるタイプのバッテリ１４０に用いて、ケーブル３６０に単にプラグ接続することができる。いくつかの特定のタイプのクレードル３５０は、異なるタイプのケーブル接続３６０を用いることができる。これにより、特定のケーブルが、異なるタイプのクレードル３５０に簡単に取り換え及び／又はプラグ接続されることが可能になる。１つの構成では、ケーブル３６０は、無線通信リンク、たとえばＢｌｕｅＴｏｏｔｈ（登録商標）、ＷＩＦＩ等を用いたＲＦリンクを意味する。そのような構成では、強制機能に向けられた、及び／又は印加された電圧を検知するために、試験回路の一部がクレードル３５０内部に配置されてもよい。そして、リモートＩ／Ｏ３５４は適宜通信することができ、無線又は有線接続、たとえばイーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）、ＷＩＦＩ等を含む。バッテリ試験回路３５２は、試験、バッテリ１４０の充放電向けに構成されることができる。いくつかの試験又はバッテリメンテナンスは、バッテリ１４０の放電又は再充電に加えて、試験を必要とする場合がある。

１つの構成では、試験回路３５２は、バッテリパック内部の充電状態及び／又はバッテリの電圧に関連する情報を受け取る。そして、交換バッテリ１４０は、パック内部の他のバッテリの充電状態及び／又は電圧により密接に適合させるように、装置２００に接続され、回路３５２は、交換バッテリ１４０の充電状態及び／又は電圧を調整する。先に詳述したように、類似の技術を用いて、バッテリパック内部のすべてのバッテリの充電状態のバランスを取ることができる。充電状態及び／又は電圧に関する情報は、ユーザＩ／Ｏ２２０によって、又はリモートＩ／Ｏ３５４を通して、試験回路によって受信されることができる。たとえば、情報は車両の搭載データバス、たとえばＯＢＤＩＩデータバスから、無線接続を経由して受信されてもよく、保守要員によって入力されてもよい。バッテリの充電状態は、バッテリの電圧及び／又はバッテリ内外の電流と、充電状態との間のおおよその関係を用いて判定されてもよい。上述のような動的パラメータの測定を含む他の技術を用いてもよい。バッテリを充電する時、回路は定電流を用いて充電されることができるか、又は所望の通りの定電流又は定電圧モードで充電されることができる。そのような実施形態では、強制機能２１０は、定電流源、定電圧源に加えて、定電流負荷を含む負荷として構成される。

好ましくは、試験回路はフェイルセーフ構成を含み、これにより、バッテリの電圧が所定の範囲外、たとえば２．５ボルト〜４．２５ボルトである場合、バッテリ１４０に印加される電流又は電圧を停止させることができる。以下により詳細に述べるように、試験回路は、適切な中間接続が設けられる場合、バッテリ１４０内部の個別電池に選択的に結合することができる。パワーオンセルフテスト（ＰＯＳＴ）及び／又はウォッチドッグタイマを、装置の信頼性を向上させるために、試験回路２５２内部に選択的に設けることができる。１つの構成では、ユーザＩ／Ｏ２２０に、充電／放電周期を開始させるために使用される「スタート」ボタンが設けられる。好ましくは、バッテリ及び試験回路を保護するために、過電圧、過電流及び温度過昇保護が設けられる。

図８は、定電圧充電モード中のバッテリ電圧及びバッテリ電流のグラフを示す。図８に図示されるように、動作の第１段階の間、バッテリに定電流が与えられる。第２の期間では、定電圧がバッテリに印加され、続いて待機時間になる。バッテリ充電を最大にするために、これらの期間は繰り返される。同様に、図９は、定電流放電モードを示す。そのような構成では、第１の期間中、定電流がバッテリに与えられる。そして、放電電流は０アンペアにされる。

図１０は、電気自動車（ＥＶ）型バッテリとして構成された場合のバッテリ１４０の正面斜視図である。そのような構成では、バッテリは４つの電池から作られ、これらは平行な２対の電池が直列接続されて、全部で４つの電池が設けられる。バッテリは、中間点コネクタ４０４を含む、正コネクタ４００及び負コネクタ４０２を含む。これらは、このタイプのバッテリの２つの異なる種類である。図１１は、第２の構成を図示し、正接続及び負接続４００、４０２が反転されている。１つの態様では、本発明は、図１０又は１１のいずれかに示される構成で構成された電気（ＥＶ）自動車バッテリに結合するように構成されたクレードル３５０を含む。

同様に、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）は、２つのタイプのバッテリパックを含む。図１２Ａは、ハイブリッド電気バッテリパック１４０の第１のタイプの正面斜視図であり、図１２Ｂはその背面斜視図である。図１２Ａでは、バッテリ１４０は、終末端末４２０及び４２２を含む。通常、ハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）バッテリは、直列接続された８つの個別電池で構成される。内部電池コネクタは、８つのバッテリの各々の間の内部電池接続に、２つの端接続に加えて、全部で７つの内部電池接続を提供する。左側に「キー」を有する内部電池コネクタ４２４が設けられる。図１２Ｂには、第２の内部電池コネクタ４２６が図示され、「キー」がコネクタ４２４に示されたキーの反対側であり、右側に位置付けられている。図１３Ａ及び１３Ｂは、第２のハイブリッド電気バッテリ１４０のそれぞれ正面及び背面斜視図である。図１３Ａでは、図の右側に「キー」を有する内部電池コネクタ４３４とともに、エンドコネクタ４３０及び４３２が図示される。図１３Ｂでは、第２の内部電池コネクタ４３６が図示され、図の左側に「キー」が位置付けられている。１つの態様では、本発明は、図１２Ａ、１２Ｂに示されたバッテリパック構成か、又は図１２Ａ、１２Ｂ又は１３Ａ、１３Ｂに示された構成に結合するためのクレードル３５０を設ける。

図１４は、内部電池コネクタ３７２を通して、試験回路３５２をバッテリ１４０内部の電池に選択的に結合するために用いられるスイッチング回路４５０の電気回路図である。図１４では、図１３Ａ及び１３Ｂに図示されたようなハイブリッド電気自動車向けに構成された場合、バッテリ１４０の対向する端に結合するために用いる２つの内部電池コネクタ３７２Ａ及び３７２Ｂが図示される。スイッチング回路４５０は、４つの中継型スイッチ４５２Ａ、４５２Ｂ、４５２Ｃ及び４５２Ｄを含む。中継器４５２はそれぞれ、内部電池バッテリに接続するコネクタ３７２Ａ、３７２Ｂの２つの接続のうち１つへの電気接続をそれぞれ有する２つのスイッチを含む。スイッチ制御部４５４は、他の回路から光学的に隔離され、中継スイッチ４５２Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤのそれぞれの内部のコイルを駆動するトランジスタを含む。中継器４５２Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤを選択的に作動させることにより、内部電池バッテリに対する電気接続の極性を反転させることができる。このように、１つの実施形態では、試験回路内部、たとえば図３に示される測定回路２７２の回路は、内部電池接続の電圧を検知し、制御部４５４を通して中継器４５２Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを選択的に作動させて、電気接続の所望の極性を得る。同様に、回路を用いて、それぞれ図１０及び１１に示される端点４００、４０２に加えて、図１２Ａ及び１３Ａに示される端点接続４２０、４２２及び４３０、４３２への電気接続の所望の極性を選択することができる。回路４５０は、試験回路３５２の中に配置することができるか、又は所望のように、クレードル３５０内部に配置することができる。

１つの態様では、本発明は、バッテリ１４０を受けて、回路装置２００にバッテリ１４０を結合するための１以上のクレードル構成を設ける。クレードル構成により、少なくとも部分的に自動化された結合工程が可能になり、これにより操作者が必要とする時間に加えて、結合を設けることにおける操作者の間違いの可能性が低減する。クレードル及び関連する回路は、バッテリへの接続の所望の極性を選択し、試験、充電、放電等のために、バッテリを物理的に固定するように構成されることができる。このことはまた、単一のクレードルが１以上のバッテリ構成とともに用いられることを可能にする。

図１５は、クレードル３５０に隣接したバッテリ１４０の分解斜視図である。図１５の構成では、バッテリ１４０は、電気自動車（ＥＶ）バッテリとして構成される。図１５では、クレードル３５０は、ベース５００、カバー５０２、及びカバー５０２をベース５００に固定するためのラッチ５０４を含むとして図示される。ロッキングタブ５０８は、開位置で図示される。また、安全スイッチ５１０が図示され、蓋５０２が閉められたときに作動するように構成される。図１６は、バッテリ１４０を示す斜視図であり、ベース５００の中に挿入されている。コネクタ２０６及び２０８、並びに中間点試験コネクタ３７２が図示される。これらは、バッテリ端子２０２及び２０４並びに３７０と接触するように構成される。図１７では、ロッキングタブ５０８は、ケルビン接続２０６、２０８及び中間点コネクタ３７２に対してバッテリ１４０を固定する位置に回転する。また、これにより、ベース３５０内部にバッテリ１４０が固定され、それによって、図１８に図示されるように、カバー５０２が閉じられて、ラッチ５０４に留められて固定され得る。図１９は、ベース５００の部分切取平面図である。図１９では、ロッキングタブ５０８の動作がさらに示される。コネクタ２０６、２０８及び中間点コネクタ３７２はそれぞれ、ばねで負荷をかけられ、バッテリ１４０のコネクタ２０８、２０２及び３７０に押しつけられるものとして示される。カバー５０２が閉じられたとき、スイッチ５１０が下方に押し下げられ、それによってカバー５０２を閉位置にすることなく、装置のフェイルセーフ動作を提供するために用いることができることに留意されたい。温度センサ５０９、たとえば温度計は、バッテリ１４０に隣接して位置付けられて、充放電中のその温度を測定する。

図２０は、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）スタイルのバッテリ１４０を受けるように構成されたクレードル３５０の斜視図である。図２０の構成では、クレードル３５０は、ベース５５０、カバー５５２及びラッチ５５４を含む。ハイブリッド電気自動車バッテリに結合するために、ベース５５０は、バッテリ１４０の内部電池コネクタ４２４及び４３６（又は４３４及び４３６）にそれぞれ結合するように構成された内部電池の電気（又は中間点）コネクタ３７２Ａ、３７２Ｂを含む。また、安全スイッチ５６０が図示される。バッテリ１４０がベース５５０に挿入されると、スライド可能部５５５がバッテリに向かって押され得、これによってバッテリが固定されて、電気接点が作られる。回転可能なアクチュエータ５６４が回り、それによって可動部５６５が適所に固定される。いったんバッテリが固定されると、図２３に図示されるように、カバー５５２が閉じられて留められる。この位置で、スイッチ５６０が作動して、それによって、装置が動作する前にカバー５５２が閉じられることを確実にする。

図２４は、アクチュエータ５６４をより詳細に示すベース５５０の断面図である。図２４に図示されるように、アクチュエータ５６４は回転することができる。アクチュエータ５６４の回転に先立って、可動部５６５がバッテリ１４０に向かってスライドし、それによってバッテリがベース５５０内に固定される。ロッキングディスク５９０は、トラック５９２内にスライド可能に受けられる。アクチュエータ５６４の回転により、ロッキングディスク５９０がトラック面５９４に対して押しつけられ、それによって可動部５６５が適所に固定される。

図２５は、ケルビン接続２０６及び２０８並びに中間点コネクタ３７２をより詳細に示す斜視図である。図２５に図示されるように、中間点コネクタ３７２Ａは、ハイブリッド電気自動車バッテリ１４０内部の４つのバッテリ又は電池の間の中間点接続に結合するように構成された４つの電気コネクタ５８０を含む。位置合わせタブ５８２は、ベース５８０内部にバッテリ１４０を位置付けて、電気コネクタ５８０を個別電池に対して中間点コネクタと位置合わせするように配置される。コネクタ５８０は、内部電池コネクタ４２４及び４３４の電気接続に結合するように配置される。同様のコネクタ３７２Ｂがコネクタ３７２Ａの向かい側に設けられ、内部電池コネクタ４２６及び４３６に結合するように配置される。

図２６は、アクチュエータ５６４が回転する前の、内部に挿入されたバッテリ１４０を有するベース５５０の上面斜視図である。図２７は、可動部５６５がバッテリ１４０に対向した位置に動かされる前の、ベース５５０の中に位置付けられたバッテリ１４０を示す上面図である。図２７では、可動部５６５は、回転可能なアクチュエータ５６４を回転させることによって適所に動かされて、適所に固定されている。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者においては、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく、形状及び詳細に変更がなされてもよいことが認識されよう。上述のように、識別する工程は、各種パラメータに基づいて行われることができない。これらのパラメータのいくつか、たとえば特定のバッテリ又は電池の電圧又は充電状態は、試験装置あるいは他のものによって単独で調整されることができる。他のパラメータ、たとえば、コンダクタンス、インピーダンス等は、変更することができる。交換バッテリパックを準備する際、単独で調整されることができるパラメータを所望のように、たとえばバッテリを充電又は放電することによって変更して、交換パックの中の他のバッテリとのより良好な適合を提供してもよい。識別する工程は、調節できないパラメータに、よりさらなる平衡を与えることができるように構成されることができる。そのような構成では、交換バッテリパックを組み立てる前に、互いにより密接に適合するように調整されることができるパラメータに、結果的に変更することができる。さらに、電圧又は充電状態を、特定的なタイプのバッテリのコンダクタンス又はインピーダンスと関連付ける、データベースの中の情報は展開されることができる。そのような状況では、適合が後に続く調節可能なパラメータの平均化を得ることが困難であることを、データベース情報が示す場合、測定装置及び／又は方法は、特定のバッテリが用いられず、それによって修繕工程中の時間を節約するように構成されることができる。通常、バッテリはリチウムイオンバッテリを含み、別の例の技術はニッケル水素バッテリである。しかし、本発明はこれらのバッテリ構成に限定されず、別のバッテリ技術とともに実施されてもよい。通常、電気自動車バッテリは、バッテリモジュール用の４つの電池を含み、一方でハイブリッド電気自動車バッテリは、バッテリモジュールごとに８つの電池を含む。電池又はバッテリへの接続は、単一接続又はケルビン接続にすることができる。

Claims (30)

1. 電気自動車車両からの使用済みバッテリパックを修理する方法であって、
   前記車両から、複数の使用済みバッテリを含む前記使用済みバッテリパックを取り出すこと、
   前記複数の使用済みバッテリの少なくともいくつかに個別に少なくとも一つの関連するバッテリパラメータ値の測定を含むバッテリ試験を行い、試験された前記各使用済みバッテリのバッテリ試験結果を得て、データベースに前記使用済みバッテリ試験結果を保存すること、
   複数の交換バッテリを得ること、
   前記複数の交換バッテリに個別に前記少なくとも一つの関連するバッテリパラメータ値の測定を含むバッテリ試験を行い、前記各交換バッテリの試験結果を得て、前記データベースに前記各交換バッテリ試験結果を保存すること、
   前記データベースから前記各使用済み及び各交換バッテリ試験結果を取りだすこと、
   前記取りだした各使用済み及び各交換バッテリ試験結果に基づいて、修繕されたバッテリパックを形成するために用いるための各交換バッテリを、前記交換バッテリの前記パラメータ値を前記バッテリーパック内の他の使用済みバッテリーの前記パラメータ値に対して所定範囲内にバランスさせるように選択して識別すること、
   前記修繕されたバッテリパックの物理的又は電気的構成のどこに前記識別されたバッテリが位置付けられるか決定すること、
   を含む方法。
2. 前記バッテリを識別する工程が、前記データベースに保存された前記バッテリ試験結果に対して、選択基準を付与することを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記選択基準が、前記各バッテリの調節可能なパラメータ値に基づき、
   本方法が、少なくとも１つのバッテリの前記調節可能なパラメータ値を調節することをさらに含む、請求項２記載の方法。
4. 前記選択基準が、前記各バッテリの調節可能なパラメータ値に基づき、
   前記選択基準が、前記調節可能なパラメータ値に、前記調節不可能なパラメータ値に比してより低い重み付け機能を付与する、請求項２記載の方法。
5. 前記選択基準が、前記各バッテリの前記各パラメータ値を互いに比較すること、
   前記各パラメータ値が選択された範囲内の値であるかを識別すること、
   を含む、請求項２記載の方法。
6. 前記選択基準が、前記各バッテリの多数のパラメータ値に基づく、請求項２記載の方法。
7. 前記データベースに、特定のバッテリの試験結果に関連するバッテリ識別情報を保存することを含む、請求項１記載の方法。
8. コンピュータメモリ内に前記データベースを組み込むことを含む、請求項１記載の方法。
9. 前記バッテリ試験が、バッテリにケルビン接続のフォース線による電流付加機能を付与すること、
   結果を観察することを含む、請求項１記載の方法。
10. 前記バッテリが個別電池を含む、請求項１記載の方法。
11. 前記バッテリが電池群を含む、請求項１記載の方法。
12. 前記バッテリパックの中の前記各バッテリの各々にバッテリ試験を行うことが、前記車両からバッテリパックを取り出す前に行われる、請求項１記載の方法。
13. 前記バッテリパックの中の前記各バッテリの各々にバッテリ試験を行うことが、前記車両からバッテリパックを取り出すことに続いて行われる、請求項１記載の方法。
14. 前記交換バッテリが、別のバッテリパックから得られる、請求項１記載の方法。
15. 前記交換バッテリが新しいバッテリを含む、請求項１記載の方法。
16. 前記各バッテリ試験結果に基づいて、前記修繕されたバッテリパックの中に、位置づけるための各バッテリの構成を識別することを含む、請求項１記載の方法。
17. コンピュータ内で前記識別する工程を実施することを含む、請求項１記載の方法。
18. バッテリ試験回路に結合されたクレードルの中に前記バッテリパックを配置することを含む、請求項１記載の方法。
19. 電気自動車車両からの使用済みバッテリパックの修繕に用いるための装置であって、
    前記使用済みバッテリパックの中の各使用済み及び各交換バッテリに個別に少なくとも一つの関連するバッテリパラメータ値の測定を含むバッテリ試験を行うように構成されたバッテリ試験回路と、
    前記各使用済み及び各交換バッテリについてのバッテリ識別情報と、前記バッテリ試験回路から得られた少なくとも１つの関連するバッテリパラメータ値とを含むように構成されたデータベースと、
    修繕されたバッテリパックを作り出すために用いられる各バッテリを識別する選択基準と、
    前記データベースから情報を取り出し、前記選択基準を付与して、前記データベース内で識別されたいずれの前記バッテリが、修繕されたバッテリパックを作り出すために用いるための各交換バッテリを、前記交換バッテリの前記パラメータ値を前記バッテリーパック内の他の使用済みバッテリーの前記パラメータ値に対して所定範囲内にバランスさせるように選択して識別するのに好適であるか、を示す選択情報出力を応答的に提供するように構成された制御部と、
    を含み、
    前記選択情報出力は、前記バッテリパックの物理的又は電気的構成のどこに前記好適なバッテリが位置付けられるべきかに関する情報を含む装置。
20. 前記選択基準が、各バッテリの各パラメータ値を互いに比較すること、
    前記各パラメータ値が選択された範囲内の値であるかを識別することを含む、請求項１９記載の装置。
21. 前記選択基準が、前記各バッテリの調節可能なパラメータ値に基づき，
    制御部が、少なくとも１つのバッテリの前記調節可能なパラメータ値を調節するように構成されることをさらに含む、請求項１９記載の装置。
22. 前記選択基準が、前記各バッテリの調節可能なパラメータ値に基づき、
    前記選択基準が、前記調節可能なパラメータ値に、調節不可能なパラメータ値に比してより低い重み付け機能を付与する、請求項２０記載の装置。
23. 前記選択基準が、前記各バッテリの多数のパラメータ値に基づく、請求項１９記載の装置。
24. 前記データベースが、特定のバッテリの試験結果に関連するバッテリ識別情報を含む、請求項１９記載の装置。
25. 前記バッテリ試験が、バッテリにケルビン接続のフォース線による電流付加機能を付与すること、
    結果を観察することを含む、請求項１９記載の装置。
26. 前記各バッテリが個別の各電池を含む、請求項１９記載の装置。
27. 前記各バッテリが各電池の各群を含む、請求項１９記載の装置。
28. 前記選択情報出力が、前記各バッテリ試験結果に基づいて、前記修繕されたバッテリパックの中に、位置付けるための各バッテリの構成を識別する情報を含む、請求項１９記載の装置。
29. バッテリを受けて、前記バッテリ試験回路にバッテリを結合させるように構成された前記バッテリ試験回路に結合されたクレードルを含む、請求項１９記載の装置。
30. 前記バッテリに対する電気接続の極性を選択するように構成された前記クレードルに結合された回路を含む、請求項２９記載の装置。

Images