JP6734784B2 - バッテリの健全性を推定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリの健全性を推定する方法に関する。本発明はまた、バッテリを較正する方法、及びバッテリを管理する方法にも関する。最後に、本発明はまた、バッテリの健全性を推定するこの方法を実装する、バッテリ管理システムにも関する。

先行技術におけるバッテリの管理には、しばしばバッテリの健全性またはＳＯＨと呼ばれる、バッテリの経年を表すインジケータが利用される。時として寿命（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｌｉｆｅ）とも呼ばれるこのインジケータは、通常、新品時の初期容量に対するパーセンテージで表され、この容量は、初期段階で測定されるか、またはバッテリの製造業者によって提供される。ＳＯＨは、バッテリの診断に一般的に使用されている。ＳＯＨの評価は、バッテリの寿命終了を最適に管理するためと並んで、バッテリの動作を効果的に制御するためにも、重要である。

第１の手法では、ＳＯＨの実際の値は、選択された電流及び温度の条件下で、バッテリを満充電したのち続いて完全に放電することである、容量テストを実施することによって測定される。放電中、放出される充電量が測定され、それによってバッテリの実際の容量を、したがってＳＯＨをも、推論することが可能になる。この方法の利点は、現実の測定に基づいているために実際のＳＯＨ値が得られることである。しかし、この方法の欠点は、相当量の時間がかかること、電力を消費すること、及び、バッテリを通常どおりの使用（即ち、ある現実的利用の実施のために電力を供給すること）を時として両立不可能にするバッテリへの介入が要求され、バッテリテストが実施できるためにはこの利用の一時中断が要求されることである。この最後の理由により、この第１の手法は煩わしいと考えられている。なぜならば、たいていの場合、バッテリの通常の使用を保留することが要求されるからである。

実際にＳＯＨを測定することの欠点を克服するため、ＳＯＨの推定に基づく、他の、より煩わしくない手法が存在している。例として、ＳＯＨを推定するための一般的な方法は、バッテリの抵抗の変動を追跡すること、または、その延長線上として、バッテリの１または複数のインピーダンスパラメータを追跡することである。実際、バッテリの疲労には、たいていの場合これらのパラメータの変動が付随する。この方法の欠点は、温度測定に高度に依存する一方で、バッテリの容量の損失が直接測定できず、その代わりに種々のパラメータの変動に基づいて推定されるということである。しかし、容量損失の変動及び、抵抗またはインピーダンスの増加は、全てのバッテリやバッテリの全ての経年状態用に一般化できる、法則には従っていない。こうして、実際に、バッテリの抵抗の増加が時として無視できる程度である一方、バッテリが相当な容量損失を受けている、あるいはその逆、という状況が存在する。したがって、この推定方法は十分に信頼性のあるものではなく、例えばその欠点の克服を試みるための事前学習に基づいたさらなる計算を要求されることから、しばしば複雑である。

したがって、本発明の全体的な目的は、先行技術の欠点の一部または全部を含まない、バッテリのＳＯＨ推定の解決法を提案することである。

より具体的には、本発明の目的は、信頼でき、迅速で、煩わしくないバッテリのＳＯＨ推定の解決法を提案することである。

この目的のため、本発明は、健全性に結び付けられた較正データの記憶を可能にするバッテリの較正方法であって、以下の各ステップを含むことを特徴とする較正方法に基づく。
− バッテリの充電もしくは放電時の開回路電圧の導関数の変化のピークを検出することによって、満充電と完全放電の中間で、バッテリの少なくとも１つの特性状態を決定するか、満充電時もしくは完全放電時の少なくとも１つの特性状態、またはバッテリの充電時もしくは放電時の、それぞれ定電流フェーズもしくは定電圧フェーズの間に、それぞれ電圧閾値もしくは電流閾値の超過によって規定される少なくとも１つの特性状態を決定するステップ、
− この特性状態に基づいて、バッテリの基準状態を規定するステップ、
− 複数の異なる健全性ＳＯＨｉに関する基準状態において、バッテリの開回路電圧ＯＣＶｉを測定し、少なくともいくつかの実際の健全性／開回路電圧のペアの値（ＳＯＨｉ、ＯＣＶｉ）を含む、これらの較正データを、電子メモリ内に記憶するステップ

バッテリの少なくとも１つの特性状態を決定するステップでは、バッテリが蓄積した充電量または時間に対する、バッテリの開回路電圧の導関数が考慮に入れられてよい。

基準状態は、検出された特性状態のピークに近接した、開回路電圧の導関数の安定領域内で、選択され得る。

基準状態は、バッテリが蓄積した充電量、の検出されたピークでの充電量からの、固定の充電量Ｑ１の分のシフトによって規定され得る。

バッテリの較正方法は、少なくとも１つのバッテリの、複数の異なる健全性に関して以下のステップを反復することを含み得る。
− バッテリを既知の選択された健全性ＳＯＨｉにセットするステップ、
− バッテリを充電または放電し、バッテリの開回路電圧の導関数を測定及び／または推定し、該導関数の所定のピークを検出するステップ、
− バッテリの基準状態に到達するため、所定のピークに基づいて、所定の量の充電量を充電または放電し続け、この基準状態においてバッテリの開回路電圧ＯＣＶｉを測定するステップ、
− 較正データを含む電子メモリ内に、健全性値ＳＯＨｉ及びバッテリの基準状態に関連付けられた開回路電圧ＯＣＶｉを含む、ペアの値を記憶するステップ。

バッテリの較正方法は、開回路電圧の測定を容易にするため、バッテリの低速充電フェーズまたは低速放電フェーズを実施し得る。

バッテリの開回路電圧は、以下の各ステップのうちの１つによって得られてよい。
− １時間を超える緩和時間の後、負荷に接続せずにバッテリの端子間の電圧を測定するステップ、または
− １時間以下の緩和時間の後、負荷に接続せずにバッテリの端子間の電圧を測定するステップ、または
− バッテリが送電または受電している電流が非常に微弱であっても、バッテリの端子間の電圧を測定するステップ、または
− 種々の理論上の開回路電圧の条件下でバッテリの端子間の電圧を測定し、開回路電圧を推定するために電圧の測定値の補正を実施するステップ、
− バッテリの１または複数の測定された電気量に基づいて、バッテリの開回路電圧を推定するステップ。

バッテリの較正方法は、具体的には、実際の健全性／開回路電圧値のペアの値（ＳＯＨｉ、ＯＣＶｉ）に基づいて、バッテリの健全性値を基準状態におけるバッテリの開回路電圧値と関連付ける線形補間及び／または図表の作成を通じて、基準状態におけるバッテリの健全性とバッテリの開回路電圧との間の法則を決定するステップを、含み得る。

バッテリの較正方法は、新品状態の一群のバッテリのうちの少なくとも１つと、少なくともある経年段階にある同じバッテリを用いることによって実施され得る。

本発明はまた、上記の較正方法を実施する較正フェーズ、並びに、基準状態におけるバッテリの開回路電圧の測定を含み、較正フェーズで得られた較正データ及び測定された開回路電圧から、バッテリの健全性の推定を推論するバッテリの健全性の推定フェーズを含むことを特徴とする、バッテリの健全性を推定する方法にも関する。

第２の推定フェーズは、そのトリガを決定する目的で、以下の予備ステップ
− バッテリが使用されている装置もしくはバッテリ充電装置のヒューマンマシンインターフェースを介した、ユーザからの要求に続くトリガコマンド、及び／または
− 所定の周波数で自動的にトリガすること、及び／または
− バッテリの電気状態が良好なときに自動的にトリガすること、
− バッテリを充電する１つのフェーズ内で自動的にトリガすること、
の全部または一部を含み得、及び／または、以下の予備ステップ
− 特性状態を検出するために、バッテリの電気状態を自動的に検出するステップ、もしくは
− バッテリを基準状態の近くにセットするために、バッテリの構成を変更するステップ、を含み得る。

バッテリの健全性の推定方法は、以下の各ステップを実施し得る。
− バッテリの充電中または放電中に、開回路電圧の導関数を測定または推定するステップ、
− 開回路電圧のこの導関数のピークを検出するステップ
− 開回路電圧の導関数のピークに基づいてバッテリを基準状態にセットし、バッテリの開回路電圧を測定するステップ、
− 較正データ及び測定された開回路電圧から、バッテリの健全性を推論するステップ。

本発明はまた、上記のバッテリの健全性の推定方法を実行するコンピュータプログラムコード手段を含む、記録されたコンピュータプログラムを含むことを特徴とする、管理ユニットによって読み取り可能なコンピュータ媒体にも関わる。

本発明はまた、少なくとも１つのバッテリと、１つの管理ユニットとを備える装置であって、管理ユニットは上記のように少なくとも１つのバッテリの健全性の推定方法を実施することを特徴とする、装置にも関わる。

該装置は、自動車または、コンピュータ、電話、タブレットもしくは携帯型情報端末といった移動体であってよい。

本発明は、上記のような較正方法を実装することを特徴とする、電池の較正装置にも関する。

本発明のこれらの主題、特徴及び利点は、添付の図面に関連して限定されずに提供される１つの具体的な実施形態の以下の記載の中で、詳細に明らかにされるであろう。

バッテリの複数のそれぞれの健全性ＳＯＨ値に関して充電フェーズ中にバッテリに送られた充電量の関数としての、バッテリの開回路電圧ＯＣＶの変化を表す、複数の曲線を示す。 バッテリの複数のそれぞれの健全性ＳＯＨ値に関して、充電フェーズ中にバッテリに送られた充電量による、この充電量の関数としての、バッテリの開回路電圧ＯＣＶを表す関数の導関数の変化を表す、複数の曲線を示す。 図２と同じ複数の曲線を示すが、互いに対して補正されている。 図１と同じ複数の曲線を示すが、図３で規定された補正に従って、補正されている。 本発明の実施形態によって規定されるバッテリの基準状態における、バッテリの健全性ＳＯＨとバッテリの開回路電圧ＯＣＶとの関係を示す。 本発明の一実施形態による、バッテリの健全性の推定方法のフロー図を概略的に示す。

本発明による方法は、温度に依存しないという利点を有する、バッテリの開回路電圧、即ちＯＣＶを利用する。この開回路電圧は、バッテリが使用されておらず、且つ最後の使用に続いて緩和期間を経た後に、バッテリの端子間で測定された電圧として規定される。緩和期間には端子間の電圧は変動した後、ある安定値に向かって収束する。その安定値が開回路電圧である。

この理論上の開回路電圧は、上記されたようには稀にしか使用されないことは留意されるべきである。なぜならば、開回路電圧と同様である、バッテリの端子間の安定した電圧を得るために、しばしば数時間という比較的長い緩和期間が必要とされ、それはたいていの場合にバッテリの使用要件と両立しないからである。

この理由によって、関連する解決法の使いやすさのため、開回路電圧の定義は、時々擬似開回路電圧と称される、ほぼ開回路電圧に近似した値へと拡大されている。したがって、開回路電圧という用語は、以降は、以下の同様のバッテリの端子間の電圧値もまたカバーするために使用される。
− 短縮された緩和時間であって、その時間ではバッテリの端子間の電圧が理論上の開回路電圧値に向かって収束し終えたと考えられなくてよい緩和時間の後に測定された開回路電圧、
− バッテリが送電または受電した電流が非常に微弱であっても、例えば、Ｃ／２５（Ｃは推奨名目充電レジーム）といった超低速充電フェーズの状況下で、測定された開回路電圧、
− 上記の２つの構成といった、上記の種々の開回路電圧条件下の電圧測定値のうちの１つに基づいて推定され、一方でこの状況、特にバッテリのインピーダンスに起因する電圧低下を考慮にいれて補正を適用した開回路電圧、
− バッテリの、任意の他の電気的測定または電気的推定に基づいて推定された開回路電圧、
− バッテリの充電フェーズまたは放電フェーズ中に、上記の手法のうちの１つを介して測定または推定された開回路電圧。バッテリが緩和状態で、充電フェーズにあるときと放電フェーズにあるときとで、正確に同じであるバッテリの端子間の開回路電圧値を得ることはできないことは、留意されるべきである。したがって、潜在的には、充電時と放電時のそれぞれで、２つの開回路電圧値が存在する。したがって、この２つの値のうちの１つが検討されるか、または、変形形態では、充電時及び放電時の開回路電圧の平均値が検討される。

こうして、以下に記載される本発明の実施形態による方法は、開回路電圧ＯＣＶを規定する上記の手法のうちの任意のものを用いて実施され得る。しかし、可能な限り最も一貫した正確な結果を得るためには、ＳＯＨの較正と推定のための本方法の全てのステップにおいて、開回路電圧に関する同一の定義を使用する必要がある。

図１には、充電フェーズにおいてバッテリが蓄積した充電量Ｑｃ（単位はＡｈ）の関数としての、バッテリの開回路電圧ＯＣＶ（単位はＶ）の変化を示す、１から５までの５つの曲線が含まれる。これらは、それぞれ７３％、７５％、８５％、８９％、及び１００％であるバッテリの健全性ＳＯＨｉ（ｉは１から５まで変動）に対して得られた。これらの曲線は、所与の充電量に対するバッテリの健全性ＳＯＨの値が、バッテリの開回路電圧に依存することを示している。

この図１の曲線１〜５に基づいて、５つの曲線１’〜５’が図２に表示されている。５つの曲線１’〜５’は、それぞれ、５つの曲線１〜５のそれぞれに関して、充電量に応じた開回路電圧関数の導関数の値を表している。これらの曲線には、全てピークＰｉ（ｉは１から５まで変動）が含まれる。これらの様々なピークＰｉは、互いに対してわずかにずれている。即ち、これらはバッテリの様々な健全性ＳＯＨに対する、バッテリの様々なレベルの充電量Ｑｃに関して得られたものである。これらのピークは、これらの導関数の極大値を示している。

観察された各ピークは、これら２つの電極で相転移が起こる、バッテリの特定の物理的状態に対応していると、分析は示している。この特定の状態（または特性状態）は、バッテリの経年とともにシフトする。それは、単に曲線１’〜５’を観察するだけで容易に検出可能である。それは、以下に記載するように、バッテリの健全性の推定のためにバッテリの中間基準状態を規定するのに使用される。

したがって、下記２つの原則に従ってバッテリの健全性の推定を実施するために、上記の結論が使用されるであろう。
− 健全性は、バッテリの開回路電圧から推論される。
− 健全性は、満充電と完全放電の間である、バッテリの中間の充電状態に関して推定される。

本発明の詳細な一実施形態が、ここで記載される。

この実施形態は、図６に概略的に示されるバッテリの健全性の推定方法に基づき、以下の２つのフェーズを含む。
− 特定のバッテリの健全性ＳＯＨの基準値を含む較正データが、特定の基準状態に関するバッテリの開回路電圧に応じて計算されることを可能にする較正方法に基づく、第１の予備的フェーズＰ１
− 該較正方法の結果に基づいて、バッテリの使用中のＳＯＨを推定する第２のフェーズＰ２

今後の推定で高水準の実績を達成するよう実際のＳＯＨ値を用いて正確な較正を行うために、この第１の較正フェーズにおいて、較正に使用されるバッテリのＳＯＨは、既知の非常に正確な方法によって計算されるということは、留意されるべきである。

本実施形態によると、較正方法は初めに、バッテリの充電量Ｑｃに応じた曲線ｄＯＣＶ／ｄＱｃの少なくとも１つのピークＰｉを探すことである、第１ステップＥ１を含む。この目的のため、正確な曲線が得られてピークが確かに検出されたことが確認できるように、充電操作を実施し高周波でＯＣＶ値を測定すること、即ち、ｄＯＣＶ／ｄＱ曲線の変化に対して十分に小さいインターバルを持つＯＣＶ値が得られることを可能にする試験手順によって、曲線１’〜５’のうちの少なくとも１つが表示される。選択されたピークの形状が識別されると、ピークを検出するため、十分に高いＯＣＶ測定周波数が選択され、一方でＯＣＶ測定値の数値が過度に大きいことによって方法がスローダウンするほどに高い周波数は避けられる。第２の実施形態は、電圧（または電流）測定値を使用して、充電中または放電中に、特定の温度の定常電流（または電圧）で電圧（または電流）閾値を超過することによって、検出され得る特性状態を規定することである。残りの記載は、ピークの検出に関連する一実施形態の中で、詳細に示されるであろう。

第２のステップＥ２は、バッテリの特定の状態を特徴づける、１または複数の識別されたピークに基づいて、バッテリの基準状態を決定することである。好ましくは、この基準状態はピークそれ自体においては選択されない。何故ならば、このピークでは当然、開回路電圧ＯＣＶの値は充電量Ｑｃと共により強く変動し、したがってこの領域は好ましくないからである。具体的には、本推定方法は、基準状態におけるバッテリの開回路電圧の測定に基づき、誤差を最小にするため、この値がこの基準状態付近で相対的に安定することがより有利である。この理由により、バッテリの基準状態は、ピークの外部の、導関数の値が低い領域、即ちＯＣＶ値が比較的安定した領域で選択される。しかし、この基準状態は、その識別を複雑化させないため、それでもなお識別されたピークに可能な限り近いままである。その識別は、後続のピークの検出に基づいて行われる。したがって上記のとおり、基準状態は好ましくは、ピークによって検出された特性状態とは異なる。

記載の例において基準状態の選択を示すため、図２の曲線１’〜５’にそれぞれ対応するが、バッテリの中間の特定の状態を表すそれらのピークＰｉが重なるようにシフトされた、５つの曲線１１’〜１５’を示す図３が描かれている。上記の記載に続いて、導関数の値がより高い、ピーク周辺の斜線領域の外で較正方法の基準状態を決定することが、選択される。最後に、記載の実施形態においては、基準状態は、バッテリの充電量においてピークＰｉから所定の充電量Ｑ１だけ離れたところに規定される。これによって、非推奨の領域からなお近いままとはいえ、ある距離だけ離れることができる。ピークＰｉと、近接する基準状態との差異は、好ましくは５Ａｈ以下であり、３Ａｈ以下でさえある。例示の実施形態では、この差異は、同様に好ましくは２Ａｈ以上である。

図４は、各基準状態を重ねるため上記のシフトによってシフトされた曲線１〜５に対応する、５つの曲線１１〜１５を示す。

上記の２つのステップＥ１、Ｅ２は、バッテリの単一のＳＯＨ値に関して実施されてよく、ピークを検出し基準状態を選択するのにはそれで十分である。変形形態例においては、ピークの正確性は、バッテリの複数の異なる健全性に関してこれらのステップを反復することによって、検証される。

次に、これら２つの予備的ステップが実施されると、方法は、バッテリの複数の既知の健全性に関して、（選択された個別の健全性の数及び／または選択されたバッテリの数に応じて）以下のステップを反復実施する。
Ｅ４：バッテリを、既知の且つ選択された健全性ＳＯＨｉにセットするステップ、
Ｅ５：バッテリを充電し、充電量、開回路電圧及び、とりわけ、充電に対する開回路電圧の導関数を測定し、並びに、所定のピークを検出するステップ、
Ｅ６：バッテリの基準状態に到達するため、識別されたピークに基づいて値Ｑ１の充電を継続し、バッテリの開回路電圧を測定するステップ、
Ｅ７：バッテリの基準状態で得られた健全性ＳＯＨ値及び関連するバッテリの開回路電圧値ＯＣＶを電子メモリ内に記憶するステップ。ペアの値（ＯＣＶ、ＳＯＨ）は、バッテリの較正用のデータである基準データを形成する。

ステップＥ５の実施の際、バッテリの初期状態は完全放電状態であってよく、それによって、充電され、正確な所望のピークの検知を確認する有用なインジケーションが提供される際に、バッテリの充電全体を測定することができることは、留意されるべきである。バッテリの充電量に関する正確な所望のピークの位置は、比較的制限された既知の範囲にある。変形形態においては、この充電は、バッテリが完全に放電されていないが、ピークの充電レベルよりは低い充電レベルにある（例えば、図３の所望のピークの左側）という状態で開始し得る。

他方で、この充電は、例えばＣ／２５といった、非常に低速の充電レジームにしたがって実施される。この結果、電流は非常に弱くなり、擬似開回路電圧を形成するバッテリの端子間の電圧の測定が可能なる。変形実施形態では、バッテリは、各電圧測定の前に緩和（ｒｅｌａｘ）することでできる。さらに、この開回路電圧測定並びに、開回路電圧の導関数の測定及び／または推定は、所望のピークの検出と適合するように前もって規定された周期に従って、周期的に実施される。

最後に、本較正方法によって、上記のステップＥ４〜Ｅ７が実施されるバッテリの各健全性ＳＯＨ値に関して、こうして複数のペアの実際の値（ＯＣＶｉ、ＳＯＨｉ）が得られる。例示のため、これらのペアの実際の値が、図５のグラフ上の点Ｃｉで示されている。

次に、本実施形態による較正方法は、点Ｃｉによって表されるいくつかの個別の実測定値に基づいて、全ての開回路電圧ＯＣＶ値に対するバッテリの健全性ＳＯＨの将来の推定値を得るため、基準状態におけるバッテリのＳＯＨとＯＣＶとの間の法則を公式化する別のステップＥ８を含む。選択された例では、図５は、直線７を表示することによって、バッテリの基準状態におけるＳＯＨとＯＣＶの直線的な関係を示している。該直線に特徴を与えているパラメータ、即ちより一般的には、実際の点Ｃｉに基づいて決定され、例えば任意の数学的補間法を用いて公式化された法則もまた、較正データと共に記憶されてよい。変形形態では、このステップＥ８は、必ずしも較正フェーズ中ではなく、後で、例えばバッテリの使用中に実施されてよいことは、留意されるべきである。

較正フェーズで実施されたバッテリの充電に特徴を与えることができるパラメータといった他のパラメータもまた、基準データとして記憶されてよい。本方法は、好ましくは、該基準データが最も関係する、同一の充電条件を用いて実施されるからである。しかし、較正時と同一の充電条件を再現することは必須ではなく、較正データは、任意の他の充電条件下でもなお使用可能である。

さらに、上記のように、常に同一の計算を再現するため、バッテリの開回路電圧の計算用に選択された方法もまた記憶される。さらに、充電中のＯＣＶ測定用の最適の周波数もまた、記憶されてよい。これによって、最適の周波数は将来の推定において使用され得、開回路電圧の導関数のピークが正しく検出されることが確保される。最後に、例えばバッテリの充電範囲値内で、このピークのおよその位置もまた、記憶され得る。

もちろん、この較正フェーズＰ１は、望ましくはより正確な平均値を確定するため、特定のバッテリ群に対して（１つのバッテリに）１度実施されてよいし、複数回、具体的には複数のバッテリに対して実施されてさえよい。するとその結果は、この後、１つのシステム内で用いられている同一の技法で動作する群の全てのバッテリに対して適用可能になる。

さらに、この較正フェーズは、バッテリの所定の数のＳＯＨ値に対して実施されてよい。このことは、得られる正確性（ＳＯＨの数が増加するにつれて増大する）と較正フェーズの簡便性（ＳＯＨの数が減少するにつれてより簡便且つ迅速になる）との間の折り合いを表している。続いて、より高度の正確性が望まれる場合、検討される実際のＳＯＨ値の数を増加することが可能である。有利には、少なくとも２つ（法則がほぼ直線であれば２つで実際には十分かもしれない）、好ましくは少なくとも３つの地点で較正が行われる。即ち、個別のＳＯＨの数は、３以上である。有利には、検討されるＳＯＨの中に、バッテリの新品状態及び、少なくとも１つの経年状態が組み入れられてよい。加えて、本方法の正確性を増大するために、例えば全く同一のピークの周辺に分布しているか、及び／または種々のピークに関連付けられている、全く同一のバッテリの複数の基準状態に関する較正データを記憶させることもまた、可能である。

本方法を記載する間、バッテリの充電期間に関して言及がなされてきた。変形形態では、放電期間を用いて同じステップが実施され得る。較正の際、後でより大きな正確性と柔軟性を提供するため、充電と放電の両方の手法は、重なってもよく、及び／または組み合わされてもよい。

さらに、本方法は、バッテリの充電量Ｑｃに応じたバッテリの開回路電圧ＯＣＶの変動を利用してきたが、変形形態においては、同様に、時間に応じた開回路電圧の変動と、時間に対する開回路電圧の導関数に基づくことができる。この後者の場合には、定常レジームに従って動作するか、または電圧信号のフィルタリングを管理しながら（ローパスフィルタ）動作するのが望ましい。

本方法は、温度もまた考慮に入れていない。しかし、理論上の開回路電圧から十分遠くかけ離れた擬似ＯＣＶの定義値が選択された場合には、温度を本方法における変数として考慮し、複数の異なる温度に関して同一の較正方法を実施することが、有用であり得る。

本方法は単一の電池、即ち例えば化学コンポーネントまたは容量特性を持つコンポーネントをベースにした能動蓄電部品の形態をとり、その第１の外層がバッテリのプラス電極または第１の集電体を形成し、その第２の外層がマイナス電極または第２の集電体を形成するハウジング内に配置されている、素電池にも適用可能である。該ハウジングの役割は、バッテリの能動部品を保持及び支持し、外部に対して封止することである。該ハウジングは、適所に固定された分割不能の一体構造のユニットを形成する物理的アセンブリを内包し、素電池のユーザにはその電気的接続は変更できず、その両極の間の出力電流は入力電流と等しい。

変形形態では、本方法は、好ましくは、互いに対する分散と不均衡がほとんどなく、とりわけ並列及び／または直列に接続された素電池を備える複数のモジュールを有する、直列に接続された電気アセンブリを備えるバッテリパックに対する分散と不均衡がほとんどない、複数の素電池の電気アセンブリに対して適用可能である。

本実施形態によると、一度最終的に較正フェーズが設定されてしまうと、本方法は、同じタイプの任意のバッテリの、寿命全体にわたる使用中のＳＯＨを推定するために、結果として得られた較正データを利用し得る。必要であれば、例えば較正データの質に関して疑問がある場合などには、較正フェーズを再スタートすることができるが、以下で記載されるＳＯＨの推定方法の実施に関しては、再スタートは不要である。

こうして、本方法は続いて、バッテリの通常使用時のＳＯＨを推定する第２のフェーズＰ２によって、バッテリのＳＯＨの推定方法を実施する。

この第２のフェーズＰ２は、バッテリが基準状態に入るとすぐに、基準状態におけるバッテリの開回路電圧の測定値または推定値に基づいて、較正データからバッテリの健全性を推論することである。

本実施形態では、この第２のフェーズＰ２をトリガするためのものとして、第２のフェーズＰ２に以下の予備的ステップが含まれる。
− バッテリの電気状況が基準状態に近いかどうかを検出するために、例えばバッテリの充電状態またはバッテリの開回路電圧の情報に基づいてバッテリの電気的状況を自動的に検出するステップＥ１２か、または変形形態においては、
− バッテリを基準状態の近くにセットするために、バッテリの構成（充電または放電）を変更するステップＥ１３。

第２のフェーズＰ２をトリガするための別の予備的ステップＥ１１は、以下の各ステップのうちの１つに基づくことができる。
− バッテリが使用されている装置またはバッテリ充電装置のヒューマンマシンインターフェースを介したユーザからの要求に続く、トリガコマンドＥ１１ａ、
− 所定の周波数で自動的にトリガするステップＥ１１ｂ、
− バッテリの電気状態が良好なとき、即ちバッテリの電気状態が基準状態に近いときに自動的にトリガするステップＥ１１ｃ、
− バッテリを充電する１つのフェーズ（この充電フェーズは、例えばバッテリが著しく放電されることによって、独立してトリガされる）において自動的にトリガするステップＥ１１ｄ。

ステップＥ１１及びＥ１２またはＥ１３は、もしかすると重なってよい。

次に、方法は、続けてバッテリの充電期間に基づく（変形形態では放電期間に基づく）ステップＥ１４を実施する。充電期間（または放電期間）では、開回路電圧が測定もしくは推定され、及び／または開回路電圧の導関数が測定もしくは推定される。このステップは、較正フェーズが実施されたのと同じ条件の下では必ずしも実施されない。特に、この例の場合、充電条件は名目的なものであってよい。

次に、本方法は、バッテリの開回路電圧の導関数内のピークを検出するステップＥ１５、バッテリを基準状態にセットし、基準状態における開回路電圧を測定するステップＥ１６、次いで較正データ及び測定された開回路電圧から、健全性を推論するステップＥ１７、を実施する。これらのステップは、較正に関して説明されたものと同様なので、詳細に記載しない。

もちろん、本方法は、ＳＯＨの推定装置のヒューマンマシンインターフェースを経由してこのＳＯＨの推定をオペレータに送信する、最後のステップＥ１９を含み得る。

上記の方法は、充電量の貯蔵容量の喪失を考慮に入れる、バッテリの健全性を規定する最も一般的な手法に基づいて記載されてきた。変形形態においては、例えば経時的にエネルギーを放出するための電位に関する健全性の損失を考慮に入れるといった別の手法によってバッテリの健全性を推定するために、同じ方法が適応して使用されてよい。こうしたアプローチにおいては、充電の量をエネルギーの量によって代替することで、方法は適応され得る。

さらに、本発明は、様々なタイプのバッテリに実装され得る。本発明は、マンガンをベースにしたリチウムイオンバッテリ、または本発明の観点からみて同様の挙動を示す、任意の他のタイプの技術にとって、特に好適である。

上記のように、示される曲線は、バッテリの充電フェーズで得られたものである。反対に、放電フェーズにおいても、同一の現象が観察された。したがって、本実施形態は、反対に放電フェーズについても実施されることができる。

変形形態では、特に定常レジームによる充電または放電の場合において、時間による開回路電圧の導関数を予測することもまた可能である。

最後に、本発明の実施形態は、以下の利点を有する。
− 本発明の実施形態は、バッテリが満充電または完全放電であることを要求せず、バッテリの使用中、バッテリが（特定が容易である）中間の基準状態を通過するときに、煩わしくない方法でバッテリの健全性を推定することができるという利点を有する。
− 第２のフェーズＰ２で実施される計算は簡便であり、それによって、大量の計算能力を必要とすることなしに、本発明の実施形態の実施が可能になる。したがって、もしかすると小さいサイズである移動体といった、任意の装置の中での実装に適合する。
− 本手法は、任意のタイプのバッテリに対して容易に汎用化でき、各タイプのバッテリに対して少なくとも１度較正フェーズを再現すれば十分である。
− 本方法は、実施の際、非常に高水準の正確性に到達することが可能であることを示した。
− 本方法は迅速に実施することができ、それによって煩雑ではなくなる。なぜならば、バッテリが基準状態付近にあるときに、バッテリの通常動作を中断することなく、機会を捉えて容易に実施され得るからである。

本発明はまた、上記のようなバッテリの健全性（ＳＯＨ）を推定する本方法を、ソフトウェアコンポーネント及び／またはハードウェアコンポーネントによって実行する管理ユニットを備える、バッテリの健全性の推定装置にも関する。この目的のため、該管理ユニットは、コンピュータを備え、特に第１の較正フェーズによって出力された数値データ、即ち較正データを記憶する少なくとも１つの電子メモリ、及び健全性（ＳＯＨ）を推定する方法の全部または一部を実行する計算ソフトウェアと関連付けられている。さらに、本発明はこうしたソフトウェア自体に関連する。本装置はまた、ユーザにバッテリの健全性を知らせることと、例えば推定をトリガする条件といった、本方法のいくつかのパラメータを規定するために、ユーザが装置と相互作用することとを可能にする、ヒューマンマシンインターフェースも備える。最後に本装置は、管理ユニットとの通信手段に接続された、電圧、及び／または電流、及び／または温度を測定する、少なくとも１つのセンサを備える。バッテリの健全性の推定方法を実装したバッテリの管理装置は、バッテリ自体に一体化されていてよいことは、留意されるべきである。

本発明はまた、バッテリの健全性推定のためのこうした装置を備えるバッテリを装備した装置にも関する。

本発明はまた、開回路電圧の導関数のピークを検出するステップの実装を可能にする、バッテリ較正装置にも関する。したがって、この装置はまた、推定装置によって将来的に使用される較正データ及び他のデータを記憶するために受信する、コンピュータ及び電子メモリを備える。この較正装置はまた、バッテリを選択された健全性にセットするため、バッテリの充放電サイクルを実施するコンポーネントも備え得る。

したがって、非限定的な例として、本推定方法は、自動車特にハイブリッド自動車または電気自動車に実装されてよく、自動車の通常操作時に実施されてよい。本推定方法はまた、バッテリ充電器または、より具体的には、車両用のチャージングポイントにも実装されてよい。本推定方法はまた、といった任意の移動体、タブレット、携帯電話、携帯情報端末などにも実装されてよい。

Claims (16)

1. バッテリの健全性に結び付けられた較正データの記憶を可能にする前記バッテリを較正する方法であって、
   − 前記バッテリの充電時もしくは放電時の前記バッテリの開回路電圧の導関数の変化のピークを検出することによって、満充電と完全放電との中間で、前記バッテリの少なくとも１つの特性状態を決定する、ステップＥ１、
   − 前記特性状態に基づいて、前記バッテリの基準状態を規定する、ステップＥ２、
   − バッテリを既知の選択された健全性ＳＯＨｉにセットするステップＥ４、
   − 前記バッテリを充電または放電し、前記バッテリの前記開回路電圧の前記導関数を測定及び／または推定し、前記導関数の所定のピークを検出するステップＥ５、
   − 前記バッテリの前記基準状態に到達するため、前記所定のピークに基づいて、所定の量の充電量を充電または放電し続け、前記基準状態において前記バッテリの開回路電圧ＯＣＶｉを測定するステップＥ６、及び
   − 前記較正データを含む電子メモリ内に、バッテリの基準状態に関連付けられた前記健全性ＳＯＨｉの値及び前記開回路電圧ＯＣＶｉを含む、ペアの値を記憶するステップＥ７、を含むことを特徴とする、方法。
2. 前記バッテリの少なくとも１つの特性状態を決定するステップが、前記バッテリが蓄積した充電量または時間に対する、前記バッテリの前記開回路電圧の前記導関数を考慮に入れることを特徴とする、請求項１に記載の、バッテリを較正する方法。
3. 前記基準状態は、検出された前記特性状態の前記ピークに近接する前記開回路電圧の前記導関数の安定領域の中で選択されることを特徴とする、請求項１または２に記載の、バッテリを較正する方法。
4. 前記基準状態は、前記バッテリが蓄積した充電量の、検出された前記ピークでの充電量からの、固定の充電量Ｑ１の分のシフトによって規定されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の、バッテリを較正する方法。
5. 少なくとも１つのバッテリの、複数の異なる健全性に関して、
   − 前記ステップＥ４から前記ステップＥ７までを反復することを含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の、バッテリを較正する方法。
6. 前記開回路電圧の測定を容易にするため、前記バッテリの低速充電フェーズまたは低速放電フェーズを実施することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の、バッテリを較正する方法。
7. 前記バッテリの前記開回路電圧は、
   − １時間を超える緩和時間の後、負荷に接続せずに前記バッテリの端子間の前記開回路電圧を測定するステップ、または
   − １時間以下の緩和時間の後、負荷に接続せずに前記バッテリの前記端子間の前記開回路電圧を測定するステップ、または
   − 前記バッテリが送電または受電している電流が非常に微弱であっても、前記バッテリの前記端子間の前記開回路電圧を測定するステップ、または
   − 種々の理論上の開回路電圧の条件下で前記バッテリの前記端子間の前記開回路電圧を測定し、前記開回路電圧を推定するために前記開回路電圧の測定値の補正を実行するステップ、または
   − 前記バッテリの１または複数の測定された電気量に基づいて、前記バッテリの前記開回路電圧を推定するステップ、のうちの１つによって得られることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の、バッテリを較正する方法。
8. 特に、実際の健全性／開回路電圧の前記ペアの値（ＳＯＨｉ、ＯＣＶｉ）に基づいて、基準状態における前記バッテリの前記健全性値を前記バッテリの前記開回路電圧値と関連付ける線形補間及び／または図表の作成を通じて、前記基準状態における前記バッテリの前記健全性と前記バッテリの前記開回路電圧との間の法則を決定するステップ（Ｅ８）を含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の、バッテリを較正する方法。
9. 新品状態の一群のバッテリのうちの少なくとも１つと、少なくともある経年段階にある同じバッテリを使用することによって実施されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の、バッテリを較正する方法。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の較正方法を実施する較正フェーズ（Ｐ１）、並びに、基準状態におけるバッテリの開回路電圧の測定、及び前記較正フェーズ（Ｐ１）で得られた較正データと測定された前記開回路電圧とからの、前記バッテリの前記健全性の推定の推論を含む、前記バッテリの前記健全性の推定フェーズ（Ｐ２）を含むことを特徴とする、バッテリの健全性を推定する方法。
11. バッテリの前記健全性を推定する方法であって、第２の前記推定フェーズ（Ｐ２）は、前記推定フェーズ（Ｐ２）のトリガを決定するために、
    − 前記バッテリが使用されている装置もしくはバッテリ充電装置のヒューマンマシンインターフェースを介した、ユーザからの要求に続くトリガコマンドである予備ステップ（Ｅ１１ａ）、及び／または
    − 所定の周波数で自動的にトリガする予備ステップ（Ｅ１１ｂ）、及び／または
    − 前記バッテリの電気状態が良好なときに自動的にトリガする予備ステップ（Ｅ１１ｃ）、
    − バッテリを充電する１つのフェーズ内で自動的にトリガする予備ステップ（Ｅ１１ｄ）、
    の全部または一部を含み得、及び／または、
    − 前記特性状態を検出するために、前記バッテリの電気状態を自動的に検出する予備ステップ（Ｅ１２）、もしくは
    − 前記バッテリを前記基準状態の近くにセットするために、前記バッテリの充放電を変更する予備ステップ（Ｅ１３）、を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の、バッテリの健全性を推定する方法。
12. − 前記バッテリの充電中または放電中に、前記開回路電圧の導関数を測定または推定するステップＥ１４、
    − 前記開回路電圧の前記導関数のピークを検出するステップＥ１５、
    − 前記開回路電圧の前記導関数の前記ピークに基づいて前記バッテリを前記バッテリの前記基準状態にセットし、前記バッテリの前記開回路電圧を測定するステップＥ１６、
    − 前記較正データ及び測定された前記開回路電圧から、前記バッテリの前記健全性を推論するステップＥ１７
    を実施することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の、バッテリの健全性を推定する方法。
13. 請求項１０から１２のいずれか一項に記載のバッテリの健全性を推定する方法を実行するコンピュータプログラムコード手段を含む、記録されたコンピュータプログラムを含むことを特徴とする、管理ユニットによって読み取り可能なコンピュータ媒体。
14. 少なくとも１つのバッテリと１つの管理ユニットとを備える装置であって、前記管理ユニットは、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の、少なくとも１つのバッテリの健全性を推定する方法を実行することを特徴とする、装置。
15. 自動車または、コンピュータ、電話、タブレットもしくは携帯型情報端末といった移動体であることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
16. 請求項１から９のいずれか一項に記載の較正方法を実装することを特徴とする、バッテリを較正する装置。

Images