JP6290263B2 - 蓄電池の温度を調整する方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して蓄電池に関する。

より具体的に、本発明は、蓄電池の温度を充電中または放電中に調整する方法に関する。

本発明は、蓄電池、前記蓄電池用の充電器、前記蓄電池により電力供給される電気モータ、前記蓄電池の充電状態を取得する手段、前記蓄電池の温度を測定する手段、および前記蓄電池の温度を制御する手段を備える自動車にも関する。

上記タイプの自動車は、文献米国特許出願公開第２０１１／０３１６４８６号明細書から知られている。

このタイプの車両では、蓄電池が最適な充電性能を果たす公称温度範囲で蓄電池を充電することが一般的に目的とされる。

この温度範囲を下回ると、電池充電プロセスは、より長く不完全となる。電池は、より低い独立容量および性能低下も示す。

この温度範囲を上回ると、蓄電池のいかなる充電または放電も、前記電池の使用寿命に負の影響を及ぼす。

したがって、上記文献は、電池温度が公称温度範囲内に制限されるように、温度制御手段を用いて蓄電池の充電中にのみ前記電池を加熱または冷却することの提供を含む。

しかし、この解決策は、有効であるが、温度制御手段への電力供給に過大な電気消費を伴う。したがって、電気モータへの電流供給のために電池が放電するときに適用するのは困難である。また、この解決策は、過酷な運転条件で昇温現象が目立つ場合、運転者の挙動に対して温度制御を適応させることを可能にしない。

米国特許出願公開第２０１１／０３１６４８６号明細書

従来技術の上記欠点を是正するために、本発明は、学習、具体的にはユーザの運転プロファイルの学習の原理によって、遭遇した条件に従って温度制御手段への電力供給を適応させることを提案する。

より具体的に、本発明によれば、以下のステップの提供を含む、導入部で定義したような調整方法が提案される。
ａ）前記蓄電池の充電レベルに比例する充電状態の連続する値を取得するステップ、
ｂ）前記充電状態が第１の値と第２の値を連続して取るときの前記蓄電池の温度の２つの値を測定するステップ、
ｃ）ステップｂ）で測定した温度の値の関数として、前記充電状態が第３の値を一旦達成するときの前記蓄電池の温度の値を推定するステップ、および、
ｄ）ステップｃ）で推定した温度の値の関数として、前記蓄電池の温度を制御する手段に命令するステップ。

これにより、本発明を用いて、充電状態がその第１の値と第２の値の間で変化するときに蓄電池の温度変動を測定して、その温度変動から、充電状態の第２の値と第３の値の間での変化に関連する蓋然的な電池の温度変動を推論するとともに制御手段の最適な調整を行い、それにより前記制御手段の電力消費を低減することが可能となる。

本発明は、蓄電池の温度をその公称範囲内に維持することを確実にする、より信頼できる手段も提供する。

本発明による調整方法のさらに有利な特徴は、限定のために提供される訳ではないが、以下の通りである。
−前記ステップａ）が連続的に行われるか、規則的な限られた時間間隔で繰り返される、
−ステップｂ）〜ｄ）が、ループしたサイクルで繰り返される、
−充電状態の前記第１、第２および第３の値が予め決定される、
−充電状態の前記第１、第２および第３の値の少なくとも１つが、充電または放電の開始時の蓄電池の充電状態の値の関数として決定される、
−ステップｃ）が、対応する温度を各充電状態と関連付けるアフィン関数を用いて実行される、
−ステップｄ）では、蓄電池の温度が目標値に到達するように前記制御手段が調整される、
−前記目標値が予め決定される、または、
−前記目標値が、以下のパラメータであって、外気温、前記充電状態の第１、第２または第３の値、蓄電池が充電中であるか放電中であるかという趣旨の情報、前記蓄電池の平均放電時間、および前記蓄電池の平均充電時間であるパラメータのうちの一および／または他の関数として決定される。

本発明は、上で定義したような調整方法を使用するのに適した、前記制御手段用の命令ユニットも備える、導入部で定義したような自動車も提案する。

以下の説明は、限定のためではなく例示のために提供される添付図面と併せて、本発明の本質、および本発明を実行できる手段を明らかにしている。

本発明による自動車の図式表現を示している。 図１に表す自動車の蓄電池の温度変化を前記電池の放電中の前記蓄電池の充電ステージの関数として図示するグラフを示している。

図１は、自動車１の高度に図式化された表現を示しており、自動車は、２つの駆動輪２および２つの非駆動輪１８を備えている。

表現される車両は電気車両である。一変形として、ハイブリッド車両も考慮されうる。

したがって、図１に表される自動車１は、２つの駆動輪２を回転推進するための電気モータ３を備えている。

自動車１は、インバータ４を介して前記電気モータ３に電流を供給するための蓄電池５も備える。従来、前記インバータ４は、蓄電池５の直流出力を三相電流に変換するように設計されている。

自動車１は、電源ソケット７を備え付けた充電器６も備えており、ユーザは、外部電力システムに接続された電気プラグの挿入のために電源ソケット７を利用できる。前記充電器６は、蓄電池５の最適な充電を確実にするために、外部電力システムにより送られる電力を調整するように設計される。

自動車１は、蓄電池５の温度Ｔを制御する手段８、９も備える。

図１に表すように、前記制御手段は、具体的に蓄電池５を加熱する手段８および冷却する手段９を備える。前記加熱手段８および冷却手段９は、別体でもよく（例えば、電気抵抗と電気ファンの形で構成される）、組み合わされてもよい（例えば、ペルチェセルの形で構成される）。

いずれにしても、前記加熱手段８および冷却手段９は、作動するためのエネルギーを必要とする。このエネルギーは、（特に、蓄電池が電気モータへの電力の供給のために放電しているときに）エネルギーの最適経済化により自動車１の作動用独立容量を向上させる手段がもたらされるように、直接的か間接的かにかかわらず蓄電池５から調達される。このことも、本発明の目的である。

このために、自動車１は、前記蓄電池５の温度Ｔを測定する手段１７を備えるとともに、蓄電池５の充電状態ＣＳを取得する手段１６を備える。

従来、測定手段１７は、蓄電池５の内部に設置された温度プローブの形で構成されうる。

取得手段１６は、蓄電池の充電レベルを決定するように設計される。取得手段１６に記録される充電状態は、パーセンテージで表現される。

前記充電状態ＣＳは、蓄電池の充電レベルがその最高値であるときに１００％に等しいと考慮される。充電レベルは、蓄電池５が電力を電気モータ３に供給すると低下する。充電レベルは、蓄電池５が充電器６により電力供給されるときに上昇する。

自動車１は、その各種デバイスを制御するために、プロセッサ（ＣＰＵ）１１、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）１３、および各種の入力インターフェース１５および出力インターフェース１４からなるコンピュータ１０を備える。

コンピュータ１０は、その入力インターフェース１５を用いて、測定手段１７および取得手段１６から生じる入力信号を受領可能である。これにより、コンピュータ１０は、蓄電池５の温度Ｔおよび充電状態ＣＳを取得するように設計される。

コンピュータ１０は、そのリードオンリーメモリ１３にインストールされたソフトウェアを用いて、自動車１の各サービス条件のために加熱手段８および冷却手段９の制御指令を計算するように設計される。

最後に、コンピュータ１０は、蓄電池５の温度の最適な調整を確実にするために、その出力インターフェース１４を用いて、これらの制御指令を加熱手段８および冷却手段９に伝達可能である。

本発明の特に有利な特徴によれば、コンピュータ１０は、以下の構成ステップを含む、蓄電池５の温度Ｔを調整する方法を使用するように設計される。
ａ）充電状態ＣＳの連続する値ＣＳ_６０、ＣＳ_７０を取得するステップ、
ｂ）充電ステージが第１の値ＣＳ_７０を達成するときに対応する第１の値Ｔ_７０および充電状態が第２の値ＣＳ_６０を達成するときに対応する第２の値Ｔ_６０である、蓄電池５の２つの温度値Ｔを測定するステップ、
ｃ）ステップｂ）で測定した値Ｔ_６０、Ｔ_７０の関数として、充電状態ＣＳが第３の値ＣＳ_５０を一旦達成するときの蓄電池５の温度Ｔの値Ｔ_ｅｓｔを推定するステップ、および、
ｄ）ステップｃ）で推定した値Ｔ_ｅｓｔの関数として、加熱手段８および冷却手段９に命令するステップ。

本説明の残りの部分では、図２を参照してステップａ）〜ｄ）のそれぞれをより詳しく説明する。

図２では、実線は、蓄電池５が電気モータ３に電力供給し、結果として放電しているときの蓄電池５の温度Ｔの変化を充電状態ＣＳの関数として表している。

充電状態ＣＳの連続する値を取得するためのステップａ）は、取得手段１６を用いて、好ましくは連続的に実行される。

もちろん、関係する時間間隔が限定される場合には、このステップを規則的な間隔で実行することができる。この時間間隔は、好ましくは５分に等しいか、それ未満である。

図２に表す例によれば、自動車の始動時の充電状態ＣＳの値ＣＳ_ｉｎｉは凡そ７５％であることが観察される。充電状態ＣＳの値は、次いで５０％まで徐々に低下する。

この図からは、蓄電池５が放電すると温度Ｔが上昇することも観察される。

ステップｂ）は、充電ステージＣＳが第１の値ＣＳ_７０を達成するときに蓄電池５の温度Ｔの第１の値Ｔ_７０を測定し、次いで、充電ステージＣＳが第２の値ＣＳ_６０を達成するときに蓄電池５の温度Ｔの第２の値Ｔ_６０を測定することを伴う。

図２に表す例では、蓄電池５の温度Ｔが測定される充電ステージＣＳの値ＣＳ_６０およびＣＳ_７０は、予め決定される。

この場合、値ＣＳ_６０およびＣＳ_７０は、１０％の倍数（１０％、２０％等）に等しくなるように選ばれる。これにより、温度Ｔの第１の値Ｔ_７０は、７０％に等しい充電状態の値ＣＳ_７０について測定され、温度Ｔの第２の値Ｔ_６０は、６０％に等しい充電状態ＣＳの値ＣＳ_６０について測定される。

一変形として、充電ステージＣＳのこれらの値ＣＳ_６０およびＣＳ_７０を別様に決定してもよい。

一例として、これらの値を放電開始時（電気モータの始動時）の蓄電池の充電状態の値（ＣＳ_ｉｎｉ）の関数として決定してもよい。この場合、考慮する例では、第１の温度値は、充電状態の値が７５％に等しいときに測定され、第２の温度値は、充電状態の値が６５％に等しいときに測定される。

さらなる変形として、蓄電池の温度をより高い頻度で（例えば、放電の５％の増分毎に）測定してもよい。しかし、この頻度は、測定される２つの温度値の差が蓄電池の熱慣性を表すほどに高過ぎてはならない。

ステップｃ）は、ステップｂ）で測定した温度Ｔの値Ｔ_６０、Ｔ_７０の関数として、充電状態ＣＳが第３の値ＣＳ_５０を一旦達成するときの蓄電池５の温度Ｔの値Ｔ_ｅｓｔを推定することを伴う予測ステップである。

ここで再び、この第３の値ＣＳ_５０は予め決定される。この値は、第２の値ＣＳ_６０よりも１０％小さくなるように選ばれる。

一変形として、この第３の値を別様に、具体的には放電開始時の蓄電池の充電状態の値（ＣＳ_ｉｎｉ）の関数として決定してもよい。

この場合、温度Ｔの推定値Ｔ_ｅｓｔの計算は、対応する温度Ｔを各充電状態ＣＳと関連付けるアフィン関数の適用により行われる。

この方法は、蓄電池５の温度Ｔが、７０％〜６０％の充電の場合も６０％〜５０％の充電の場合も同じように変化するという想定に基づくことが理解される。

よって、値Ｔ_ｅｓｔは、次の計算Ｔ_ｅｓｔ＝２．Ｔ_６０−Ｔ_７０により得られる。

最終ステップｄ）は、蓄電池５の温度Ｔが、前記電池の公称温度範囲（すなわち、蓄電池５がその最適性能を果たす温度範囲）により早く到達するように、ステップｃ）で推定した値Ｔ_ｅｓｔの関数として加熱手段８および冷却手段９に命令することを伴う。

このステップは、充電状態ＣＳがその第３の値ＣＳ_５０を一旦達成すると蓄電池５の温度Ｔが目標値Ｔ_ｔａｒｇを達成するように行われる。

図２に表す例では、この目標値Ｔ_ｔａｒｇは、蓄電池５の公称温度範囲内となるように予め決定される。

蓄電池５の温度Ｔを前記目標値Ｔ_ｔａｒｇに到達させるために、（Ｔ_ｔａｒｇがＴ_ｅｓｔよりも高い場合に）加熱手段８に送られる電力ΔＰまたは（Ｔ_ｔａｒｇがＴ_ｅｓｔよりも低い場合に）冷却手段９に送られる電力ΔＰは、次式を用いて計算される。

ここで、ａは、蓄電池５のタイプに依存する係数である。

実際には、図２に示すように、このステップｄ）は、具体的には、電力ΔＰを計算する際の近似の結果として、温度Ｔの目標値Ｔ_ｔａｒｇの厳密な達成に同意しない。

したがって、ステップｂ）〜ｄ）は、蓄電池５の温度Ｔが目標値Ｔ_ｔａｒｇに可能な限り近い一致を達成するように、この場合には蓄電池５での１０％の放電増分毎に、ループしたサイクルで繰り返される。

上記したように、図２は、蓄電池５の放電サイクルを表している。

充電サイクル（その間に充電状態ＣＳが上昇する）では、蓄電池５の温度Ｔが目標値Ｔ_ｔａｒｇに可能な限り近い一致を達成するように、ステップａ）〜ｄ）が同様に適用される。

本発明は、いかなる意味でも、記述および表現した実施形態の形に限定されず、当業者は、それらの選択のいかなる変形をも組み込むことが可能である。

具体的には、目標値を予め決定せず、反対に、各種パラメータの関数として決定することが提供されてもよい。

例えば、外気温、電池の条件（例えば、その内部抵抗の変化の関数として）、電池により果たされる充電または放電の容量の条件の関数として目標値を決定することの提供が含まれてもよい。具体的には、温度Ｔがこの目標値を一旦達成すると温度の自然上昇を考慮するために、より高い外気温を考慮するほど、より低い目標値を選択してもよい。

充電状態の第１、第２および第３の値のうちの１つまたは他の関数として目標値を決定するようになっていてもよい。具体的には、（温度Ｔがこの目標値を一旦達成すると）電池が昇温し続ける残りの放電時間を考慮するために、より高い充電状態を考慮するほど、より低い目標値を選択してもよい。

蓄電池が充電中であるか放電中であるかという趣旨の通知の関数として目標値を決定するようになっていてもよい。具体的には、放電よりも充電に関連して昇温がより大きくなることを考慮するために、蓄電池が充電中である場合に目標値をより低く選んでもよい。

蓄電池の平均の充電または放電時間の関数として目標値を決定するようになっていてもよい。実際には、ユーザが車両を短期間充電状態にしがちである場合、この短い充電期間では蓄電池の公称温度範囲に十分に早く到達することが可能でないという想定に基づいて、加熱または冷却のために送られる電力を削減するようになっていてもよい。

本発明の実施形態のさらなる変形によれば、蓄電池の温度が目標温度をより早く達成するように、予め決定された初期電力を車両の始動時に加熱または冷却のために送るようになっていてもよい。これにより、図２に表す例では、モータ始動時に温度値Ｔを測定し、次いでこの値の関数として、加熱または冷却のための初期電力を充電状態が６０％に到達する時間まで送るようになっていてもよい。その後（６０％〜５０％）に送られる電力は、次いで上記方法に従って適宜に適応される。

本発明の実施形態のさらなる変形によれば、ステップｂ）で、より多くの温度値、例えば３つの値を記録し、次いでステップｃ）で、これらの３つの値に依存する非アフィン補間関数を用いて温度値を推定するようになっていてもよい。

Claims (10)

1. 蓄電池（５）の温度（Ｔ）を充電中または放電中に調整する方法であって、前記蓄電池（５）の充電状態を測定するＣＳ装置（１６）と、前記蓄電池（５）の温度測定装置（１７）とが使用され、
   ａ）前記ＣＳ装置（１６）から、前記蓄電池（５）の充電レベルに比例する充電状態（ＣＳ）の第１の値（ＣＳ _７０ ）と第２の値（ＣＳ _６０ ）を逐次取得するステップと、
   ｂ）前記温度測定装置（１７）から、前記充電状態が第１の値（ＣＳ_７０）と第２の値（ＣＳ_６０）を逐次取るときの前記蓄電池（５）の温度（Ｔ）の２つの値（Ｔ_６０、Ｔ_７０）を測定するステップと、
   ｃ）ステップｂ）で測定した前記温度（Ｔ）の値（Ｔ_６０、Ｔ_７０）の関数として、前記充電状態（ＣＳ）が第３の値（ＣＳ_５０）を一旦達成するときの前記蓄電池（５）の温度（Ｔ）の値（Ｔ_ｅｓｔ）を推定するステップと、
   ｄ）ステップｃ）で推定した前記温度（Ｔ）の値（Ｔ_ｅｓｔ）の関数として、前記蓄電池（５）の温度（Ｔ）を制御する手段（８、９）を調整するステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記ステップａ）が連続的に行われるか、規則的な時間間隔で繰り返される、請求項１に記載の調整方法。
3. ステップｂ）〜ｄ）が、ループしたサイクルで繰り返される、請求項１または２のうちの一項に記載の調整方法。
4. 前記充電状態（ＣＳ）の前記第１、第２および第３の値（ＣＳ_５０、ＣＳ_６０、ＣＳ_７０）が予め決定される、請求項１〜３のうちの一項に記載の調整方法。
5. 前記充電状態（ＣＳ）の前記第１、第２および第３の値（ＣＳ_５０、ＣＳ_６０、ＣＳ_７０）の少なくとも１つが、充電または放電の開始時における前記蓄電池（５）の充電状態（ＣＳ）の値（ＣＳ_ｉｎｉ）の関数として決定される、請求項１〜３のうちの一項に記載の調整方法。
6. ステップｃ）が、対応する温度（Ｔ）を各充電状態（ＣＳ）と関連付けるアフィン関数を用いて実行される、請求項１から５のうちの一項に記載の調整方法。
7. ステップｄ）では、前記蓄電池（５）の温度（Ｔ）が目標値（Ｔ_ｔａｒｇ）を達成するように前記蓄電池（５）の温度（Ｔ）を制御する手段（８、９）が調整される、請求項１から６のうちの一項に記載の調整方法。
8. 前記目標値（Ｔ_ｔａｒｇ）が予め決定される、請求項７に記載の調整方法。
9. 前記目標値（Ｔ_ｔａｒｇ）が、以下のパラメータであって、外気温、前記充電状態（ＣＳ）の第１の値（ＣＳ_７０）、前記充電状態（ＣＳ）の第２の値（ＣＳ_６０）、前記充電状態（ＣＳ）の第３の値（ＣＳ_５０）、前記蓄電池（５）が充電中であるか放電中であるかという趣旨の情報、前記蓄電池（５）の平均放電時間、前記蓄電池（５）の平均充電時間であるパラメータのうちの１つおよび／または他の関数として決定される、請求項７に記載の調整方法。
10. 蓄電池（５）と、前記蓄電池（５）を充電するための充電器（６）と、前記蓄電池（５）により電力供給される電気モータ（３）と、前記蓄電池（５）の充電状態を測定するＣＳ装置（１６）と、前記蓄電池（５）の温度測定装置（１７）と、前記蓄電池（５）の温度（Ｔ）を制御する手段（８、９）とを備える自動車（１）であって、
    請求項１から９のうちの一項に記載の調整方法を実施するのに適した、前記蓄電池（５）の温度（Ｔ）を制御する手段（８、９）のための命令ユニット（１０）を備えることを特徴とする自動車（１）。

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