JP5975876B2

JP5975876B2 - 駆動アキュムレータシステムの最大出力可能電力を求めるための方法および装置

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Publication number: JP5975876B2
Application number: JP2012533586A
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Description

本発明は、車両の駆動に用いられるアキュムレータシステムの動作状態を検出するための装置および方法に関する。とりわけ本発明は、アキュムレータシステムから引き出し可能な最大電力を求めるための方法および装置に関する。

ハイブリッド車両または電気車両には直列に接続されたアキュムレータエレメントが使用される。それらの総電圧が電気モータによって車両を駆動するために使用される。これらの直列のアキュムレータシステムでは、内部抵抗が異なるため特定のアキュムレータエレメントが他のアキュムレータエレメントよりも強く負荷され、そのため急速な老化現象を蒙ることが知られている。さらに直列回路であるため、すでに弱ったアキュムレータエレメントが比較的強く負荷されることが知られている。

全体状態は、それぞれのセル電圧ならびにアキュムレータシステムの総電流を求め、個々のアキュムレータエレメントの求められた温度とともに個々のアキュムレータエレメントのそれぞれの状態を推定することにより求められる。この状態はとりわけモデルによって表される。モデルは、温度、セル温度およびセル電流のような測定データを受け取り、モデルによりシミュレートされるアキュムレータ特性に基づいてモデルが充電状態、目下の抵抗または目下の容量を予測する。そのためにモデルは、濃度、内部温度または内部温度分布、または充電状態または使用可能な容量等のアキュムレータエレメントの内部状態を使用する。

この種のアキュムレータシステムによって駆動される車両のまだ残っている到達距離を求めるために、従来技術によれば個々のアキュムレータエレメントの全状態の和が、アキュムレータシステム全体によりもたらされ得る残りのエネルギーを推定するために使用される。ここではすべてのエレメントの個々の状態パラメータが互いに均等に組み合わされるのが通例である。すなわち平均化するか、または全アキュムレータシステムにまだ残っている駆動エネルギーまたは他の状態パラメータの和を求める。すべてのアキュムレータエレメントのこの平均化されたデータまたは総計されたデータから、アキュムレータシステムからまだ取り出すことのできる最大電力が計算される。

そのためには１つには、各個々のセルの状態パラメータを計算することが必要であり、基礎となるモデルの多数の状態を予測し、個々の測定データを管理しなければならない。もう１つには、平均によってはアキュムレータシステムに対して重要なすべての状態を求めることができず、とりわけ弱ったアキュムレータエレメントが強力なアキュムレータエレメントと同等に取り扱われる。

したがって最大出力可能電力を求めるためのこれまでの方法は、アキュムレータシステムのすべての状態を反映しない。さらに従来技術では、すべてのエレメントに対して均等に個別の状態監視／状態追跡を行う非常に面倒な計算が必要である。とりわけすでに弱ったセルが平均以上に負荷される。

したがって本発明の課題は、アキュムレータシステムの状態を検出するための簡単な機構を提供することであり、同時に、表される状態がアキュムレータシステムの目下の特性をより正確に再現するようにする。

本発明はこの課題を、請求項１の方法および請求項８の装置によって解決する。

本発明の基礎となる問題提起は、個々の状態を平均することによって重要なすべての特性を備えるシステム全体が表されるのか、ということである。とりわけ本発明の基礎となる問題提起は、平均以上に出力のあるアキュムレータエレメントが、値が均等に平均値から異なっている場合でも平均による状態検出によって、平均以下のアキュムレータエレメントをいずれの場合でも補償できるのか、ということである。ここから得られる本発明のコンセプトは、出力の弱いアキュムレータをとくに考慮することである。なぜならこのアキュムレータがとりわけ強い放電によって損傷を受け、激しく老化するからである。この作用は、平均以上の能力のある別のアキュムレータエレメントによって補償することはできない。本発明によれば、最大出力可能電力（この電力が、後の動作中にシステム全体の負荷限界として用いられる）を求めるためにもっとも弱いエレメントからの最大出力可能電力を計算することにより、もっとも弱いアキュムレータエレメントが保護される。したがってシステム全体の負荷はこの計算にしたがって、もっとも弱いエレメントを損傷しないような個別の負荷となる。これとは異なり従来技術では、多くのアキュムレータエレメントが損傷されるまで負荷されないことが保証される平均値が使用される。しかし少なくとももっとも能力の弱いエレメントは平均値に基づくやり方では過度に負荷され、そのため老化が急速になる。この老化はシステム全体の能力を損ねる。

この対比から、本発明による最大出力可能電力はより正確に設定できることが分かる。なぜなら（回避すべき）老化プロセスも考慮され、駆動アキュムレータシステムの出力能力の予測がより正確になるからである。とりわけそれにより、個々のエレメントの過度の老化がこのエレメントだけに該当するだけでなく、場合によりシステム全体を妨害し得ることが考慮される。状態の平均化により予測される電力指示はこの種の妨害を考慮しない。最大出力可能電力を本発明によってさらに正確に提示することにより、別の動作もこの電力にしたがって行うことができ、もっとも弱いエレメントが可能な限り大事にされるから、本発明の方法および本発明の装置により、アキュムレータシステムの寿命が格段に延長される。このようにして、もっとも弱いエレメントに基づいた本発明による最大出力可能電力がアキュムレータシステムの運転に使用されれば、アキュムレータシステムの寿命が延長される。

もっとも弱いアキュムレータエレメントが最大出力可能電力を実質的に決定するから、状態の正確なモデル化にはこのエレメントが必要なだけである。直列接続であるため、もっとも弱いアキュムレータエレメントの限界出力電力には他のアキュムレータエレメントも結び付いているから、これらのアキュムレータエレメントをモデルにより監視する必要はなく、もっとも弱いアキュムレータエレメントに対する限界出力電力に基づいて全体電力を単純に推定すれば良い。このようにしてもっとも弱いアキュムレータエレメントについての計算だけが必要であり、正確性を格別に損なうことなく、もっとも弱いアキュムレータエレメントの状態に基づく推定から、駆動アキュムレータシステム全体の最大出力可能電力が予測される。

したがって本発明によれば、直列回路に接続された多数のアキュムレータエレメントを含む駆動アキュムレータシステムの最大出力可能電力を求めるための方法が得られる。駆動アキュムレータシステムはとりわけ、電気車両またはハイブリッド車両の駆動部に使用することができる。

この方法は、少なくとも１つの能力指標を各アキュムレータエレメントごとに求める。この能力指標に基づいて、もっとも弱いアキュムレータエレメントを求めることができる。能力指標として、アキュムレータエレメントで直接測定することのでき、このエレメントの能力を表すパラメータ、たとえば電流、電圧、温度またはそれらの組合せ、たとえば電圧と電流の商としての内部抵抗、または電流および／または電圧と温度との比を使用することができる。たとえば能力指標は温度の観察から得られる。電流または電圧ないしは内部抵抗が普通であるのに温度が高いことは、比較的小さな能力指標を推定させる。能力指標は直接検出すべきパラメータでも良く、測定されたパラメータから得られるアキュムレータエレメントの物理量、たとえば内部抵抗とすることができる。または物理量に直接対応しないが、測定されたパラメータおよび／またはそこから導出されたパラメータと組み合わされ、アキュムレータエレメントの能力に対して重要であるパラメータとすることもできる。その例は、内部抵抗とセル電圧および温度の組合せであり、たとえば物理的単位なしでのそれらの値の積または和である。したがってセル電圧の減少、温度の上昇、内部抵抗の増大とともに大きくなる組み合わされた能力指標が得られる。この組合せから１つまたは複数のパラメータを削除することができ、組合せは加減乗除によってだけでなく、一般数学の組合せ、たとえば外挿または多項式近似により互いに結び付けることができる。この種の能力指標は流れる電力を直接的に指示するものではないが、当該のアキュムレータエレメントが全体容量に、残存電荷に、または駆動能力にどの程度貢献できるかを指示する。

各アキュムレータエレメントについて求められる能力指標から、たとえばセル電圧に基づいて、求められたすべてのアキュムレータエレメントのすべての能力指標のうちからもっとも小さい能力指標の集合が求められる。この集合は、求められたすべての能力指標のうちの最小の能力指標、またはアキュムレータエレメントのすべての能力指標のうちの最小の能力指標の部分集合とすることができる。部分集合は、２またはｊ個の最小の能力指標から形成することができ、ｊはアキュムレータエレメントの数より小さい。または所定の閾値より小さいすべての能力指標、たとえば２．８Ｖより小さいすべてのセル電圧とすることができる。したがって１つの最小の電力エレメントだけでなく、最小の電力エレメントの群を考慮することができる。とくに簡単な実施形態では、最小の能力指標だけが求められ、所属の（すなわちもっとも弱った）アキュムレータエレメントが最大出力可能電力の計算に使用される。すなわち最小の能力指標を有するアキュムレータエレメントの限界出力電力に基づきシステムのすべてのアキュムレータエレメントが推定される。

この集合（すなわちすべての能力指標のうちの１つまたは複数の最小の能力指標）には、モデルを用いた推定または近似により限界出力電力が設けられる。この種の推定または近似は、たとえばルックアップテーブルの形の経験的モデルも含む。ルックアップテーブルは、たとえばセル電圧を能力指標の値にマッピングする。限界出力電力は、所属のアキュムレータエレメントから損傷することなしに最大電流によって最大で取り出すことのできる電力とすることができる。および／または損傷することなしにアキュムレータエレメントからまだ取り出すことのできるエネルギー量とすることができる。したがって本発明は、直接的または間接的に求められた能力指標に基づいて、最小の能力指標を有するアキュムレータエレメントまたは最小の能力指標を有するアキュムレータエレメントの集合に対して限界出力電力を設ける。または最小の能力指標の集合に属する能力指標を有する各アキュムレータエレメントに対して限界出力電力を設ける。限界出力電力は能力指標そのものでも良く、またはアキュムレータエレメントの別に測定された目下の物理量、または該当するアキュムレータエレメントの目下の状態を表す導出量であっても良い。したがって限界出力電力は、能力指標の基礎となる物理量だけに基づくのではなく、能力指標に関連するパラメータ以外の別のパラメータを含むこともできる。たとえば能力指標は測定されたセル電圧自体であっても良く、この場合、限界出力電力はセル電圧に基づいて得られるか、またはセル電圧と測定された温度との組合せ、または測定量もしくはモデルから導出された抵抗との組合せである。限界出力電力が基礎とすることのできる他のパラメータは、充電状態、目下の出力能力またはモデルによって推定される他のパラメータである。好ましくは、最小の能力指標を有するアキュムレータエレメントに対してだけモデルが設けられ、これにより計算が格段に簡単になる。

この限界出力電力に基づいて本発明により、駆動アキュムレータシステム全体の最大出力可能電力が推定される。この推定では、たとえばセル数との単純な乗算が行われるか、または弱ったアキュムレータエレメントの集合に対する限界出力電力をアキュムレータシステムの直列回路全体にシミュレートする。推定に基づき直列回路であることからシステム全体の最大出力可能電力を、１つまたは少数のアキュムレータエレメントに対してのみ有効である限界出力電力から計算することができる。直列回路であるため、もっとも弱い素子（すなわち最も小さい許容最大電流）によって電流が規定されるから、簡単な手段により推定を行うことができる。別の実施形態によれば推定の際に、多数のまたはすべてのアキュムレータエレメントの内部抵抗またはセル電圧が、負荷が予想される場合に、最小の能力指標を有するアキュムレータエレメントのセル電圧を正確に予測できるように考慮される。ここでは内部抵抗が小さくセル電圧の高いエレメントまたはセルが、最小の能力指標を有するアキュムレータエレメントのセル電圧に不利に作用することがあり、このセル電圧をさらに低下させることがある。

したがって本発明によれば、最小の能力指標を有するアキュムレータエレメントの限界出力電力に基づいて、最大出力可能電力が推定される。最小の能力指標を有していないアキュムレータエレメントは損傷を受けることなく比較的に強く負荷されるから、これらのエレメントに対して有害となり得るような最大出力可能電力が調整されることはない。同じように最小の能力指標と結び付いた出力電力に基づいて、直列回路にあるもっとも弱い素子、すなわち能力指標のもっとも小さいアキュムレータエレメントが損傷を受けないことが保証される。限界出力電力は、もっとも弱いアキュムレータエレメントにおいて実質的に損傷が生ぜず、この電力を上回っても格段の損傷が発生しない場合での当該もっとも弱いアキュムレータエレメントの電力を表す。この移行は連続的であるので、平均以上の老化または所定の限界を超えた放電が発生することになる実質的に有害な閾値が設定される。推定の際にセーフティマージンを保証するために、好ましくは限界出力電力自体が推定に使用されるのではなく、セーフティマージンである所定の値を減じた限界出力電力が使用される。この値はたとえば限界出力電力の一定の割合、たとえば１０％として、または電圧値、電力値、またはエネルギー値によって前もって規定することができる。このようにして推定された最大出力可能電力は値として出力される。

能力指標と限界出力電力との割当てまたは推定は、駆動アキュムレータシステムの負荷をステップごとにまたは連続的に、アキュムレータエレメントが限界より小さい能力指標を有するまで高めることによって行うことができる。この実施形態では推定が計算として行われるのではなく、駆動アキュムレータシステム全体の負荷が、能力指標または限界出力電力に及ぼす出力電力の作用をシミュレートする。この場合、すべての能力指標のうち最小の能力指標だけが重要である。この実施形態では能力指標としてセル電圧が使用され、限界出力電力は最小の能力指標（セル電圧が下方限界値に相当する）を有するアキュムレータエレメントが出力する電力である。この場合、限界出力電力は能力指標としてのセル電圧に基づくものであり、セル電圧が最小のアキュムレータエレメント、すなわちもっとも弱いアキュムレータエレメントが、最小の能力指標が限界に達したときに出力する電力を限界出力電力とする。

したがって限界出力電力は、１つのアキュムレータの限界出力電力におけるアキュムレータシステムの作動によって決められ、この限界出力電力はアキュムレータシステム全体の負荷を含んでおり、アキュムレータエレメントが限界出力電力で作動される。または限界出力電力は、限界出力電力に相当する電力を有する１つのアキュムレータエレメントだけの作動によって決められる。限界出力電力におけるアキュムレータの作動では、たとえばもっとも小さい能力指標が閾値に達するまで放電電流が上昇することにより、取り出される電力が上昇する。この閾値は、それを上回るともっとも弱いアキュムレータエレメントが損傷することになる限界出力電力に相当する。負荷の上昇はステップごとに、または反復的に行うことができ、ステップ幅は測定された能力指標と閾値との間隔に依存する。またはもっとも能力指標が小さく、限界出力電力の小さいアキュムレータエレメントから実際に出力される電力に依存して行うこともできる。

とりわけ本方法は、すべてのセルにおいて生じる電圧経過を時間の関数として求めるために、アキュムレータシステム全体を一定の出力電力により負荷する。最大出力可能電力は、もっとも能力指標の小さいアキュムレータエレメントが限界出力電力に達した時の電流値または電流経過と、この電流値におけるすべてのアキュムレータエレメントの電圧値または電圧経過の和との積から得られる。アキュムレータシステムの作動の際には、このアキュムレータシステムは限界出力電力以下でのみ作動され、能力指標のもっとも小さいアキュムレータエレメントの限界出力電力が、所定の値だけ減じた限界出力電力に達すると負荷が低減される。

好ましくは最小の能力指標の集合を求める際には、最小の能力指標だけを求め、集合はこの最小の能力指標により規定される。したがって限界出力電力は最小の能力指標に基づいて設定される。最大出力可能電力は、能力指標のもっとも小さいアキュムレータエレメントの出力電力に基づいて設定され、すなわち１つのセル（すなわちもっとも弱いセル）の値だけが推定に使用される。

能力指標は、たとえば限界出力電力でのアキュムレータシステムの作動中に駆動アキュムレータシステムに加えられる負荷電流またはアキュムレータエレメントに印加されるセル電圧を検出することにより求めることができる。さらにアキュムレータエレメントの温度または能力指標のもっとも小さいアキュムレータエレメントの温度に基づいて求めることもできる。さらに能力指標は、内部抵抗、充電状態、セル容量またはアキュムレータエレメントの他の状態パラメータに基づいても求めることができる。とりわけこれらのパラメータの組合せを能力指標として使用することができる。したがって能力指標を求めることは、アキュムレータエレメントの少なくとも１つの動作パラメータを、好ましくは限界出力電力でのアキュムレータシステムの作動中に測定することを含む。動作パラメータとして好ましくは電流、電圧または温度が測定される。さらに能力指標は、アキュムレータエレメントをシミュレートするモデルによって求めることができる。能力指標を求める際には、検出されたパラメータと測定を組み合わせることができる。

好ましくは能力指標は、とりわけアキュムレータシステムの限界出力電力での（しかし好ましくはそれ以下での）作動中に駆動アキュムレータシステムに加えられる種々の負荷電流の下で、能力指標または能力指標の基礎となる測定量を繰り返し検出することにより求められる。負荷電流は好ましくは、アキュムレータエレメントの限界出力電力を上回ることのない負荷電流から出発して上昇順に加えられる。負荷電流は好ましくはステップごとに高められ、ここでステップ幅は一定であるか、または能力指標のもっとも小さいアキュムレータエレメントの実際の電力と所属の限界出力電力との間隔に依存して繰り返される。

本発明の別の実施形態では、能力指標と所定の最小能力指標値との比較により、または求められた能力指標と最小の能力指標値との差形成により限界出力電力が設定される。さらに能力指標としてのセル電圧を、所定の最小能力指標としての最小セル電圧と比較することもできる。最小セル電圧はアキュムレータエレメントのアキュムレータ形式に依存する。最小セル電圧は定格出力電圧（たとえば１００％充電されたエレメントでの出力電圧）より所定の電圧値だけ小さい。定格出力電圧と所定の電圧値、またはそれらの差は、アキュムレータエレメントが定格出力電圧から所定の電圧値を減算した値にまで放電した場合に、このアキュムレータエレメントに非可逆的な損傷が発生することによって規定される。リチウムイオンアキュムレータの場合、定格出力電圧から所定の電圧値を減じた値はたとえば２．８Ｖであり、これはこのセル電圧の最小能力指標値に相当する。

別の実施形態によれば、最大出力可能電力は、最小の能力指標の集合が求められたもっとも弱ったアキュムレータエレメントの出力電力に基づいて推定される。駆動アキュムレータシステム全体の最大出力可能電力は、接続体全体の中でもっとも弱ったアキュムレータエレメントの出力電力が、限界出力電力から所定の値を減じた値より大きくならないように設定して推定される。接続体全体とは、すべてのアキュムレータエレメントを含む駆動アキュムレータシステムのことである。推定のためのこの設定は、もっとも弱った素子、すなわち能力指標が最小の（またはセル電圧が最小の）アキュムレータエレメントが過負荷されないことを考慮する。したがってもっとも弱ったアキュムレータエレメントが、全体で出力することのできる電力を決定する。もっとも弱ったアキュムレータエレメントから取り出すことのできる電力と、他のアキュムレータエレメントの最大出力可能電力との関係は、もっとも弱った素子が最大負荷を決定する直列回路により、すなわち最大で取り出される電力または最大で取り出される放電電流によって決まる。この場合、限界出力電力自体が目標値として設定されるのではなく、限界出力電力から、ゼロより大きい所定の値を減じた値であって、あらゆる場合に十分な保護マージンを提供する最大のセーフティマージン電力値に対応する値が設定される。しかし最大出力可能電力は場合により必要以上に小さくなる。

最大出力可能電力は電流値として設定されるか、または電流値と駆動アキュムレータシステムの全体電圧の積として決められる。もっとも弱ったアキュムレータエレメントの出力電力は、もっとも弱ったアキュムレータエレメントのセル電圧によって決められる。限界出力電力は、セル電圧に基づいた所定の最小電圧値により決められる。最小電圧値は、それを下回ると非可逆的な損傷が引き起こされる電圧に相当し、アキュムレータシステムのアキュムレータエレメントはこの最小電圧値を下回らない。セーフティマージン電力値は、セル電圧測定の際に推定された測定誤差のばらつきによって規定することもできる。これによりセル電圧測定が不正確な場合でも、セーフティマージン電力値、すなわち付加的な電圧値が、セル電圧のもっとも小さいアキュムレータエレメントでも十分に非可逆的な損傷から保護する。

本発明はさらに、電圧測定装置、電流測定装置および前記測定装置と接続された電力検出装置を備える検出装置に関する。電圧測定装置は、アキュムレータエレメントのセル電圧を取り出すために各アキュムレータエレメントと接続されており、電流測定装置はアキュムレータシステムからの電流、すなわち放電電流（または充電電流も）を測定するように設けられている。電力検出装置は、セル電圧または（セル電圧と検出された電流の商により）得られた内部抵抗に基づいてすべてのアキュムレータエレメントに対する能力指標を求める。しかし少なくとも電力検出装置は、能力指標のもっとも小さいアキュムレータエレメント、すなわちセル電圧のもっとも小さいアキュムレータエレメント（または温度がもっとも高いアキュムレータエレメント）に対して能力指標を設定する。比較装置が電力検出装置と接続されており、最小の能力指標または最小の能力指標の集合を求めるために能力指標を比較する。

この装置はさらに比較装置と接続された推定装置を有しており、推定装置はもっとも弱ったアキュムレータエレメントの限界出力電力を、所属の能力指標に基づいて、たとえばモデルの近似または経験的データに基づきシミュレートすることにより推定する。とりわけ最小のセル電圧と測定された電流との単純な乗算が行われる。推定中には最大出力可能電力が、アキュムレータが直列回路であるため、もっとも弱いアキュムレータエレメントの出力電力と結び付いていることが考慮される。ここで推定装置は、もっとも弱いアキュムレータエレメントの最大出力可能電力が限界出力電力より所定の値（すなわちセーフティマージン）だけ下回るように設定して推定する。

装置はさらに、すべてのアキュムレータエレメントの温度を検出する温度測定装置を有する。推定装置はモデルを有することができ、検出された電流、電出された電圧、および検出された温度に基づいてもっとも弱いアキュムレータエレメントの動作状態を推定する。動作状態は、もっとも弱いアキュムレータエレメントが有する容量、充電状態、内部抵抗およびそれらの組合せにより表すことができる。

好ましくは比較装置は、もっとも小さい１つの能力指標を検出するように構成されている。この簡単な実施形態によれば、推定装置はもっとも弱いアキュムレータエレメントの出力電力を推定するように構成されている。さらに簡素化するために、推定装置は乗算装置を有する。この乗算装置は、もっとも弱いアキュムレータエレメントの限界出力電力をシステムのアキュムレータエレメントの数と乗算し、積を最大出力可能電力として出力する。

従来技術によるセル電圧経過および本発明の方法による作用を示す線図である。従来技術による負荷経過および本発明の方法による負荷経過を示す線図である。

図１は、図２と同様の負荷の下での５つの異なるセル電圧を時間経過で示す。電圧経過は図２の曲線１０による負荷に対応する。大きな負荷により、もっとも弱った２つのアキュムレータエレメントのセル電圧２０が２．８Ｖの値より降下する。この値より低いと、セルの持続的な損傷または老化の激化が生じ得る。弱ったセルの経過２０より上にある経過３０を有する他のセルは、電力が高いため図２の曲線１０による負荷が大きくても損傷されず、それらの電圧は２．８Ｖより上に留まっている。従来技術によればすべてのセル電圧の平均が能力指標として使用されるから、平均すると２．８Ｖの臨界値より下にあるセル電圧が発生せず、従来技術による最大出力可能電力が許容される。しかし２．８Ｖの限界電圧を経過２０が下回ると、対応するセルが直ちに遮断され、迂回される。そのため走行快適性に甚だしい損失が生じる。

本発明の方法により、エラーに結び付くようなセル電圧の平均値ではなく、電圧経過２０により表される最小のセル電圧が使用される。最大出力可能電力を求めるために平均値ではなく最小の能力指標（ここではセル電圧）が使用されるから、アキュムレータシステム全体の最大出力可能電力は、もっとも小さい能力指標が２．８Ｖの臨界値を下回らないように低減される。図２での本発明による最大出力可能電力の経過は、経過１０の下にある経過４０であり、セル電圧のいずれもが２．８Ｖの臨界値を下回らないように設定されている。とりわけ図２の負荷によりセル電圧経過は間隔ｄだけ上にずらされるように変化し、これによりもっとも弱ったアクチュエータエレメントであっても２．８Ｖの臨界電圧を下回るセル電圧となることがない。全体として本発明による最大出力可能電力４０により、図１の全体経過５０が上にずらされ、もっとも弱ったエレメントまたはセル電圧が２．８Ｖの際に生じるそのエレメントの限界出力電力が考慮され、２．８Ｖのセル電圧を下回ることがない。

図２は、本発明の方法の作用を示す出力電力の試験経過を、図１の所属のセル電圧経過と関連して示す。経過４０、とりわけ一定の経過（過渡状態後）中の値は、過渡フェーズ後の経過４０の一定の値から本発明により求められた最大出力可能電力である。

図１の経過をｄだけ持ち上げる本方法は、どのアキュムレータエレメントが最小の能力指標を有しているかをまず検出する。最小の能力指標はセル電圧の比較によって求められ、能力指標は電圧値に比例するか、または電圧値と同じである。このアキュムレータエレメントは限界出力電力について試験される。ここでは取り出される電力または放電電流が、２．８Ｖの臨界セル電圧に達する形で限界出力電力に達するまで高められる。所属の電流および達した限界電圧から乗算により、もっとも弱ったアクチュエータエレメントの最大可能出力電力が計算される。個々のもっとも弱ったアクチュエータエレメントのこの出力電力に基づいて、システム全体の全体電力が推定され、すべてのアキュムレータエレメントが、もっとも弱ったアクチュエータエレメントの最大可能出力電力に相当する出力電力または出力電流で運転されるように設定する。

最大可能出力電力より大きな電力が要求されると、もっとも弱ったアクチュエータエレメントを過度に大きな出力電力から保護するために、制限が行われるように制御することができる。

Claims

互いに直列に接続された多数のセルを有する、車両用の駆動バッテリの最大出力可能電力を求めるための方法であって、
各セルごとに少なくとも１つの能力指標を求める工程であって、前記能力指標とは、駆動バッテリに加えられる負荷電流、セルの温度、セルの内部抵抗、充電状態、セル容量、または、それらの組合せである、工程と、
すべてのセルの求められたすべての能力指標のうちから最小の能力指標の集合を求める工程であって、ここで該集合は、前記セルのすべての能力指標のうちの１つまたは複数の最小の能力指標を含む、工程と、
前記最小の能力指標の集合に対する限界出力電力を設定する工程であって、前記最小の能力指標の集合に対する限界出力電力は、前記最小の能力指標の集合に基づいて、前記最小の能力指標を有する１つまたは複数のセルをシミュレートするモデルを用いた推定または近似によって得られる、工程と、
前記集合に対する限界出力電力に基づいて前記駆動バッテリの最大出力可能電力を推定する工程であって、ここで、推定のために、前記集合に対する限界出力電力が、所定の値だけ減じられる、工程と、
前記駆動バッテリの最大出力可能電力の値が出力される工程と、
を有し、
前記能力指標を求める工程は、負荷電流をステップごとに複数回高めることにより、各ステップごとに高められた負荷電流について能力指標を求めることを含み、
前記推定の工程では、最大出力可能電力が、最小の能力指標の集合が求められたもっとも弱った１つまたは複数のセルの限界出力電力に基づいて推定され、
前記推定では、すべてのセルを含む駆動バッテリとして設けられた接続体全体の中でもっとも弱った１つまたは複数のセルの出力電力が、限界出力電力から所定の値を減じた値より大きくならないように設定して駆動バッテリ全体の最大出力可能電力が推定され、
前記所定の値はゼロより大きく、最大でセーフティマージン電力量に相当し、
前記最大出力可能電力は電流値として、または電流値と駆動バッテリ全体電圧の積として設定され、
もっとも弱った１つまたは複数のセルの電力出力は、もっとも弱った１つまたは複数のセルのセル電圧によって設定され、
前記限界出力電力は、非可逆的な損傷を回避するためにいずれのセルでも下回ってはならない所定の最小電圧値によって設定され、
前記セーフティマージン電力量は、セル電圧測定の際にとりわけ測定誤差のばらつきを推定することにより規定される保護マージンに相当する付加的な電圧値によって設定される、ことを特徴とする
方法。
前記集合を求める工程は、１つの最小の能力指標を求める工程を含み、
前記集合が、当該１つの最小の能力指標によって設定され、
前記１つまたは複数の最小の能力指標に基づいて前記最小の能力指標の集合に対する限界出力電力を設定する工程は、前記１つの最小の能力指標を有するセルの限界出力電力に基づいて推定する工程を含む、請求項１に記載の方法。
前記１つまたは複数の能力指標を求める工程は、セルの少なくとも１つの動作パラメータを測定する工程をさらに含み、
前記動作パラメータは、電流、電圧または温度である、請求項１または２に記載の方法。
前記限界出力電力は、能力指標を所定の最小能力指標値と比較することにより、または求められた能力指標と最小能力指標値との差を形成することにより設定され、
セルが定格出力電圧から所定の電圧値を減じた値に放電されると、当該セルに非可逆的な損傷が発生する、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
互いに直列に接続された多数のセルを有する、車両用の駆動バッテリの最大出力可能電力を求めるための装置であって、
各セルと接続されており、該セルに印加される電圧を測定するように構成された電圧測定装置と、
駆動バッテリと接続されており、該駆動バッテリから出力される電流を検出するように構成された電流測定装置と、
前記２つの測定装置と接続されており、セルにそれぞれ印加される電圧に基づいて、または当該電圧と出力される電流から得られるセルの内部抵抗に基づいて、すべてのセルに対して能力指標を設定するか、または少なくとも能力指標が最小であるセルに対して能力指標を設定するように構成された電力検出装置であって、前記能力指標とは、駆動バッテリに加えられる負荷電流、セルの温度、セルの内部抵抗、充電状態、セル容量、または、それらの組合せである、電力検出装置と、
前記電力検出装置と接続されており、前記能力指標を比較して少なくとも１つまたは複数の最小の能力指標を求めるように構成された比較装置と、
前記比較装置と接続されており、１つまたは複数の最小の能力指標を有する１つまたは複数のセルの限界出力電力を当該最小の能力指標に基づいて推定するように構成された推定装置とを有し、
該推定装置はさらに、互いに直列に接続されたすべてのセルによる最大出力可能電力が、１つまたは複数の最小の能力指標を有する少なくとも１つのセルの、所定の値だけ限界出力電力より小さい出力電力と結び付いているという設定にしたがい前記限界出力電力に基づいて最大出力可能電力を推定するように構成されており、
ここで、前記駆動バッテリの最大出力可能電力を求めるための装置は、前記推定装置と接続されており、セルの温度を検出するように構成された温度測定装置をさらに有し、
前記推定装置は、検出された電流、検出された電圧、および検出された温度に基づいて、少なくとももっとも能力指標の小さいセルの動作状態を推定するモデルを有し、
前記動作状態は、セルの容量、充電状態および／または内部抵抗によって表されており、
前記比較装置は、各ステップごとに高められた負荷電流について能力指標を求めるようにさらに構成されており、
前記推定装置は、最小の能力指標の集合が求められたもっとも弱った１つまたは複数のセルの限界出力電力に基づいて、最大出力可能電力を推定するようにさらに構成されており、
前記推定装置は、すべてのセルを含む駆動バッテリとして設けられた接続体全体の中でもっとも弱った１つまたは複数のセルの出力電力が、限界出力電力から所定の値を減じた値より大きくならないように設定して駆動バッテリ全体の最大出力可能電力を推定するようにさらに構成されており、
前記所定の値はゼロより大きく、最大でセーフティマージン電力量に相当し、
前記最大出力可能電力は電流値として、または電流値と駆動バッテリ全体電圧の積として設定されており、
もっとも弱った１つまたは複数のセルの電力出力は、もっとも弱った１つまたは複数のセルのセル電圧によって設定されており、
前記限界出力電力は、非可逆的な損傷を回避するためにいずれのセルでも下回ってはならない所定の最小電圧値によって設定されており、
前記セーフティマージン電力量は、セル電圧測定の際にとりわけ測定誤差のばらつきを推定することにより規定される保護マージンに相当する付加的な電圧値によって設定されている、
ことを特徴とする装置。
前記比較装置は、最小の能力指標を検出するように構成されており、
前記推定装置は、最小の能力指標を有するセルの限界出力電力を推定するように構成されており、
該推定装置はさらに乗算装置を有し、
該推定装置は、最小の能力指標を有するセルの限界出力電力に基づいて、限界出力電力とバッテリにあるセルの数との積として最大出力可能電力を乗算装置により計算するように構成されている、請求項５に記載の装置。