JP6905985B2

JP6905985B2 - 高電圧バッテリの特性を測定するための装置

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Publication number: JP6905985B2
Application number: JP2018532681A
Authority: JP
Inventors: デ・ブルーカー，スベン; ベイエン，ドミニク; クーネン，ペーター
Original assignee: ヴィートエヌブイ
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2021-07-21
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Description

本発明は、バッテリまたは他のエネルギー貯蔵装置の特性を測定するためのシステム、方法、および構成部品に関する。特に、本発明は、例えば、０．１〜１ｋＶの高電圧バッテリ、および／または電気自動車もしくはハイブリッド自動車に使用される自動車用バッテリの特性を測定するためのシステム、方法、および構成部品に関する。特に、本発明は、例えば、例として０．１〜１ｋＶの高電圧バッテリ、および／または電気自動車もしくはハイブリッド自動車に使用される自動車用バッテリに対してバッテリ診断試験を実施するためのシステム、方法、および構成部品に関する。そのような特性または診断パラメータの１つは、そのようなバッテリのインピーダンスであり、そのような方法の１つは、インピーダンス分光試験である。好ましくは、本発明は、バッテリまたは他のエネルギー貯蔵装置の特性を測定するための可搬式または手持ち式装置に関する。

背景
バッテリインピーダンス分光試験を通じてバッテリインピーダンスを測定することは、異なる周波数においてバッテリのインピーダンスを確立するための既知の方法である。特定の周波数におけるバッテリのインピーダンスを測定するために、その特定の周波数における電流が、パワーエレクトロニクス装置または何らかの他の形式の発電機によってバッテリに注入される必要がある。バッテリインピーダンス測定装置は、注入電流と結果生じる電圧応答の両方を監視し、注入周波数に対するインピーダンスの実数部および虚数部を決定する。結果として得られるインピーダンス特性は（他の測定値とともに）、とりわけバッテリの充電状態（ＳｏＣ）と健康状態（ＳｏＨ）の指標となる。バッテリは相当の静電容量を有するため、そのようなバッテリにＡＣ電流を注入するには相当量の電力が必要である。

低電圧ハンドヘルドバッテリテスタ
ほとんどのハンドヘルドバッテリテスタは、自動車用途、非常電源（ＵＰＳ）、住宅用太陽光発電装置などに使用される１２Ｖ鉛酸蓄電池向けに設計されている。低電圧および制限された電流が、要求される電流を生成し、比較的コンパクトな装置においてこれらの電流および電圧応答を測定することが可能な装置を構成することを可能にするため、これらのバッテリの手持ち式装置の構築が実現可能である。正弦波の正半波の間に必要なエネルギーを送達し、このエネルギーを正弦波の負半波の間に貯蔵するために、装置は、注入電流のエネルギー要件をカバーするためのかなり大きなバッテリ（［１］の７Ａｈ／４．８Ｖ−参考文献は本稿の末尾に記載する）を装備することができる。この低電圧によって、小さなキャパシタによってバッテリ電圧を平衡させ、小さな抵抗器またはインダクタによって電流を制限することも可能である［１］［２］［３］。他の手持ち式装置は電圧および抵抗を最大４０Ｖまでしか測定することができず［４］、一方、一部のバッテリアナライザは、最大６００Ｖ_ｄｃまで届き、６ＶまでのＡＣリップル電流を測定することができる［５］。後者の装置は、一定の電流がバッテリシステムに注入されるときに、試験中のバッテリの電圧応答およびインピーダンスを測定することができるが、自動車バッテリなどの大型バッテリに必要な電流注入を行うことができない。

高電圧バッテリテスタの欠点
より高い電圧においては、これらのインピーダンス測定装置は、試験中のバッテリに必要な電流を注入するために、外部の双方向電源、主にパワーエレクトロニクス装置に依拠する。これらの電源にはいくつかの欠点がある。

・電源の比出力が低いこと。例えば、従来の商業用途では比出力が２２０Ｗ／ｋｇにしかならず［６］、重い嵩張った試験装置となっている。６００Ｖバッテリに１０Ａの電流を注入するには、２７ｋｇのコンバータが必要になる。

・電源は双方向グリッド接続を必要とするため、用途が静止試験用ベンチに限定されること。

・電源のサイズおよび重量が大きいことに起因して、自動車が故障したとき、および、故障がバッテリの性能の損失によって引き起こされた可能性がある場合に、地元のガレージまたは道路上でバッテリが試験されるのではなく、試験施設に輸送される必要があること。

可搬式システムが双方向電源の役割を引き継ぐ必要がある場合、インピーダンス分光試験のために必要なエネルギーおよび電力を送達することが可能であるエネルギー貯蔵システムを組み立てなければならなくなる。

インピーダンス分光測定の最も要求の厳しい用途は、貯蔵システムが最初にバッテリによって送達されるエネルギーを貯蔵し、その後、貯蔵システムからバッテリに同じ量のエネルギーを送達する必要があるときに、低周波電流を注入することである。より高い周波数においては、半サイクル内に含まれるエネルギーが減少するため、必要とされる貯蔵がより少ない。

６００Ｖのバッテリへの１０Ａの振幅での０．１Ｈｚ電流注入の例を考える。三角形状の電流注入を想定する。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータのインダクタに起因する、注入されるコンバータ電流の一般的な形状であるためであるが、これは計算を容易にするための一例に過ぎない。実際の波形は、正弦波、方形波もしくは三角波、のこぎり波、またはＤＣパルスなどであり得る。送達される必要のあるピーク電力は６ｋＷである。三角形の半サイクルに含まれるエネルギーは３０ｋＪまたは８．３Ｗｈである。

大容量（９０×１４５ｍｍ／１．４ｋｇ）４．７ｍＦ４００Ｖキャパシタでも約３８０Ｊしか貯蔵できないため、電解キャパシタは実行可能な選択肢ではない。これには、充放電サイクルの半サイクルをカバーするために８０個のキャパシタが必要となり、結果として蓄電パックは約１１０ｋｇになる。

スーパーキャパシタが必要なエネルギーをカバーするために使用された場合、約２４０個の小さな５０Ｆキャパシタが直列に必要とされ、３００〜６００Ｖのパックが使用される。しかし、得られるスーパーキャパシタ蓄電パックは、約６ｋｇの重さで５リットルの容量を有する。これは、手持ち式装置にとっては重すぎ、かさばる。これによって、スーパーキャパシタの使用も除外される。電解キャパシタとスーパーキャパシタの両方の制約は、貯蔵可能なエネルギーの量である。

手持ち式装置は、最小周波数が約１Ｈｚであるとき、可搬式装置の最大質量が３ｋｇになることに基づいてむしろ非実用的になる。この周波数未満では、スーパーキャパシタのエネルギー要求に起因して装置が重くなりすぎる。

バッテリが使用される場合、貯蔵されるエネルギーはもはや制限要因にはならないが、送達できる電力の量は制限される。一例として、ＰａｎａｓｏｎｉｃＮＣＲ１８６５０Ｂバッテリが使用され得るが、この例では最大充電および放電電流を実際の０．５Ｃから３Ｃに増やすことができ、それによって、単一のセルがインピーダンス分光法に必要な１０Ａの電流を供給できる。必要な６ｋＷを送達および貯蔵するためには、１６６個のセルからなる直列のストリングが必要である。蓄電パックの重量は８ｋｇを超え、容量は約６リットルである。バッテリの場合、制限要因は電力であるため、全周波数において質量は８ｋｇに留まり、すべての周波数において装置は少なくとも９ｋｇ（コンバータを含む）になる。明らかに、この第３の選択肢も、手持ち式装置の実行可能な選択肢ではない。

前述の３つの蓄電装置を備えた手持ち式装置を構築することを所望する場合、試験中のバッテリと蓄電装置との間でエネルギーを交換するために使用されるパワーエレクトロニクスの重量をストレージの重量に加えなければならない。エネルギー貯蔵装置と試験中のバッテリとの間に、１ｋｇの質量を有する６ｋＷのＤＣ／ＤＣコンバータを仮定する［９］。バッテリ電圧は、１０秒間のサイクルにわたって比較的一定であるため、バッテリ蓄電装置は１つのそのようなコンバータしか必要としない。電解キャパシタとスーパーキャパシタは、放電中にキャパシタの電圧が急激に低下し、別のコンバータによって昇圧する必要があるため、両方とも、これらのコンバータのうちの２つを必要とする。

したがって、このソリューションの総質量は、以下のようになる。
・電解キャパシタ（１１０ｋｇ）＋２＊６ｋＷＤＣ／ＤＣコンバータ（２＊１ｋｇ）＝１１２ｋｇ
・スーパーキャパシタ（６ｋｇ）＋２＊６ｋＷＤＣ／ＤＣコンバータ（２＊１ｋｇ）＝８ｋｇ
・バッテリ（８ｋｇ）＋１＊６ｋＷＤＣ／ＤＣコンバータ（１ｋｇ）＝９ｋｇ
したがって、バッテリテスタの最も軽いソリューションは、筐体、測定装置、コントローラなどを考慮しなければ、約８〜９ｋｇの重さになる。

電気自動車およびハイブリッド自動車が増大する見込みがあり、例えば、現在から２０年後には、電気自動車から百万または数百万個の使用済みバッテリパックがあり得ると推定されている。これらのバッテリのいくつかは、例えば、欠陥のあるモジュールを交換して再生部品として在庫に戻すことによって修理することができ、または、二次的な用途に使用できるようにすることができる。

使用済みの自動車用バッテリの大部分は車両後使用に適しているが、一部は修理できないほど損傷していると推定されている。バッテリ材料は高価になることがある。例えば、ＮＣＭバッテリのコバルトは高価であり、したがってこれらのバッテリをリサイクルすることに関心が集まっている。しかし、リチウムイオンバッテリパックの材料は比較的安価であると言われているため、新しい用途の発見またはバッテリの永久的な廃棄に関心が集まる可能性がある。不必要な廃棄を避けるために、各バッテリの残りの性能を迅速かつ経済的に、正確に評価する必要がある。

１つの潜在的な車両後用途は、使用済み電気自動車用バッテリと家庭用の太陽光発電パネルとを組み合わせることであり、住宅所有者が再生可能な電気を生成するだけでなく、これを貯蔵することを可能にする。電気事業者は需要ピーク時にそのような住宅をグリッドから一時的に切り離す機会を検討し、電力会社のピーク負荷を軽減すると言われている。

バッテリを同じ用途で再利用できるか、別の用途で再利用できるか、またはまったく使用できないかを判断するには、そのような使用済み自動車用バッテリの状態を迅速、経済的かつ正確に識別する方法が必要である。

発明の概要
本発明の目的は、実際の機器であるバッテリまたは他のエネルギー貯蔵装置の特性を測定するためのシステム、方法、および構成部品を提供することである。本発明の実施形態の利点は、例えば、０．１〜１ｋＶの高電圧バッテリ、および／または電気自動車もしくはハイブリッド自動車に使用される自動車用バッテリの特性を測定するためのシステム、方法、および構成部品が提供されることである。本発明の実施形態の利点は、例えば、例として０．１〜１ｋＶの高電圧バッテリ、および／または電気自動車もしくはハイブリッド自動車に使用される自動車用バッテリに対してバッテリ診断試験を実施するためのシステム、方法、および構成部品が提供されることである。そのような特性または診断パラメータの１つは、そのようなバッテリのインピーダンスであり、そのような方法の１つは、インピーダンス分光試験である。

本発明の一態様では、エネルギー貯蔵装置、高電圧バッテリまたは自動車用バッテリ用の特性診断装置が提供され、これらは直列または並列の第１の部分および第２の部分において分離可能であり、第１の部分および第２の部分の極に対するオーミック接続を有し、特性診断装置は、
特性診断装置をオーミック接続に接続するためのコネクタと、
第１の部分から電流を抽出し、その電流を少なくとも１つの周波数において第２の部分に注入する電力処理手段と、
少なくとも１つの部分または各部分の特性診断試験を実行する手段と、
を備える。試験すべきエネルギー貯蔵装置からの電力を利用することにより、重い外部電源は不要である。

特性診断試験を実行する手段は、インピーダンス分光装置であってもよい。インピーダンス分光法は、バッテリの健康状態をチェックするのに非常に便利である。

電力処理手段は、複数の周波数において電流を供給するように構成することができる。複数の周波数は、５μＨｚから１００ｋＨｚの範囲をカバーすることができる。いくつかの周波数を使用すると、バッテリの健康状態を診断する能力が向上する。

電力処理手段は、正弦波、方形波または三角波、のこぎり波およびＤＣパルスの群から選択される２つ以上の異なる波形によって、第１の部分および第２の部分の少なくとも１つまたは各々を励起するように構成することができる。電力処理手段は、パルス幅変調を用いるように適合されている。これらの波形は比較的容易に生成され、インピーダンス分光測定に使用するとバッテリに関する重要な情報を提供する。

特性診断装置は、電圧または電流コンバータ、例えばＤＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣコンバータを含むことができる。電力処理手段は、波形の最大周波数がＤＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣコンバータのスイッチング周波数の１／１０であるかまたは約１／１０であるという条件で、１つまたは複数の異なる波形を生成するように適合させることができる。コンバータを使用することにより、各部の電圧の差を等化することができる。非対称三角波がコンバータによって生成される固有の波形であるため、スイッチング周波数における非対称三角波も可能であるが、その形状はバッテリ電圧によって決まる。

特性診断試験を妨げることができる種類の、（低調波）高調波を低減または抑制するために、フィルタを電力処理手段に取り付けるかまたは結合することができる。

本発明の実施形態では、バッテリの第１の部分には、例えばインピーダンス試験などの試験中に必要に応じてＤＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣコンバータなどのコンバータを介して、バッテリの第２の部分から充電電流が供給される。したがって、第１の部分によって注入される電荷は、第２の部分を充電し、第２の部分に貯蔵され、したがって、エネルギーの損失がほとんどないか、または第１の部分が充電される。これは、バッテリ全体からの電圧を使用してバッテリを試験する既知の装置とは異なる。その場合、例えば、放電抵抗器内でエネルギーが浪費される。そのような抵抗器は、非常に大量のエネルギーを放散するように設計される必要があり、したがって、大きなサイズであり、冷却能を必要とする。したがって、これは手持ち式機器のための良好なソリューションではなく、この余分な重量を搬送する必要がある自動車のための良好なソリューションでもない。

診断試験中にバッテリの他の部分を駆動するために１つの部分からのエネルギーを利用することは、本発明では、抵抗損失においてエネルギーを浪費することなく、かつ、この抵抗器を冷却するために必要なファンおよび大きなヒートシンクの余分な重量なしに、数ｋＷでバッテリを放電および充電することが可能であることを意味する。

本発明では、エネルギーの損失がほとんどなく、重い機器の必要なしに高電流で充電と放電の両方が可能であるため、ＤＣオフセットを課される正弦波電流ではなく、負パルスおよび正パルス、または正弦波電流診断試験を原点を中心に適用することができる。本発明の実施形態に従ってＤＣ放電パルスおよび正弦波電流を印加するとき、これらはＤＣオフセットが課されることなくゼロを中心とすることができる。

本発明の実施形態によれば、バッテリは、外部電源なしでゼロ電流を中心とする、ＤＣ充電および放電パルス、ならびに広範囲の低ＡＣ周波数および高ＡＣ周波数によって別個に試験することができる。これにより、ＤＣ現象とＡＣ現象とが互いに分離されるため、測定結果を簡単に解釈することができる。診断試験は、任意の特定の充電状態（ＳｏＣ）において本発明の実施形態によって実行することができる。さらに、診断試験で適用される電流プロファイル、振幅または周波数は自由に選択できる。したがって、本発明は、ＤＣまたはＡＣ試験電流のいずれかを含む、ユーザ定義の電流プロファイル、試験電流振幅および１つまたは複数の周波数を適用することができる。

電力処理手段を制御するように構成された監視コントローラを設けることができる。ローカルコントローラにより、技術者は試験を制御できる。例えば、監視コントローラは、第１の部分および第２の部分の電流が同一であるが、符号が異なるように、かつ／または、第１の部分および第２の部分の電流の周波数が同じであるように、各部分における電流を制御するように適合することができる。また、第１の部分および第２の部分にかける電圧および電流を測定するためのメータを設けることができる。

各部分について特性診断試験を行うための手段は、注入電流の異なる周波数におけるインピーダンスを決定するように適合させることができる。異なる周波数において値を取得することにより、バッテリの健康状態をより良好に評価することができる。

時間および注入される電流の周波数の関数として、測定された電圧／電流および決定されたインピーダンスを記憶するためのメモリを設けることができる。これにより、履歴値を呼び出して、バッテリの健康状態の任意の評価に使用することができる。このような評価を助けるために、注入される電流の１つまたは複数の周波数におけるバッテリインピーダンスを表示するための表示機能を提供することができる。

エネルギー貯蔵装置または高電圧バッテリまたは自動車用バッテリの中間または中央位置に挿入し、第１の部分および第２部分の極に対するオーミック接続を提供するための試験プラグを設けることができる。専用プラグを使用すると安全性を向上させることができる。

例えば、情報の遠隔保存、バッテリの健康状態の評価のためのエキスパートシステムへのアクセス、および試験値の第三者相談を可能にすることのために使用することができるネットワークアクセス機能を提供することができる。

このような試験装置は、ハイブリッド車両または電気車両の診断試験に使用することができる。

別の態様では、第１の部分および第２の部分において分離可能なエネルギー貯蔵装置、高電圧バッテリまたは自動車用バッテリを試験するための、コンピュータベースの特性診断装置を動作させる方法が提供され、第１の部分および第２の部分は直列または並列であり、第１の部分および第２の部分の極に対するオーミック接続を有する。

この方法は、特性診断装置をオーミック接続に接続し、第１の部分から電流を抽出し、その電流を少なくとも１つの周波数において第２の部分に注入するステップと、少なくとも第２の部分に対して特性診断試験を実行するか、または第２の部分から電流を抽出し、少なくとも１つの周波数においてその電流を第１の部分に注入し、少なくとも第１の部分について特性診断試験を行うステップとを含む。特に、特性診断試験は、インピーダンス分光試験であってもよい。この方法は、好ましくは、複数の周波数において電流を注入するステップを含み、それによって、複数の周波数は、５μＨｚから１００ｋＨｚの範囲をカバーすることができる。

方法は、正弦波、方形波または三角波、のこぎり波およびＤＣパルスの群から選択される２つ以上の異なる波形によって、第１の部分および第２の部分の各々を励起するステップを含むことができる。そのような１つまたは複数の異なる波形は、波形の最大周波数がＤＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣコンバータのスイッチング周波数の１／１０であるかまたは約１／１０であるという条件で生成することができる。非対称三角波がコンバータによって生成される固有の波形であるため、スイッチング周波数における非対称三角波も可能であるが、その形状はバッテリ電圧によって決まる。

この方法は、特性診断試験を妨げることができる種類の（低調波）高調波を低減または抑制するためにフィルタリングするステップを含むことができる。

方法は、第１の部分および第２の部分の電流が同一であるが、符号が異なるように、かつ／または、第１の部分および第２の部分の電流の周波数が同じであるように、各部分における注入電流を制御するステップを含むことができる。バッテリ部分の電圧が異なるとき、電流は「同じであるが符号が異なる」とはならない。診断装置内に貯蔵が予見されないため、両方のバッテリ半部の電力が同じであることが好ましく、そのため、最大ＲＭＳ電圧を有する部分のＲＭＳ電流は最小である。したがって、振幅は単一の時点において異なる。しかし、異なる時点において、両方のバッテリ部分は、同一の振幅、波形および周波数を有する電流を受け得る。

方法はまた、第１の部分および第２の部分にかける電圧および電流を測定するステップを含むこともできる。例えば、方法は、注入電流の異なる周波数における一部分のインピーダンスを決定することを含むことができる。

この方法は、時間および注入電流の周波数の関数として、測定された電圧／電流および決定されたインピーダンスをメモリに記憶するステップ、および／または、注入電流の１つまたは複数の周波数における測定インピーダンスを表示するステップを含むことができる。

方法は、好ましくは、第１の部分および第２部分の極に対するオーミック接続を提供するために、エネルギー貯蔵装置または高電圧バッテリまたは自動車用バッテリの中間または中央位置に試験プラグを挿入するステップを含む。

本発明の方法のいずれも、非一時的信号記憶手段に記憶することができるコンピュータプログラム製品の助けを借りて実装することができる。

一態様では、本発明は、従来の双方向外部電源の役割を、それ自体がそのような電源を含むことなく提供することができる、手持ち式または可搬式バッテリ診断試験装置およびその動作方法を提供する。したがって、本発明の一態様では、インピーダンス分光試験のようなバッテリ診断試験に必要なエネルギーおよび電力を供給することができるシステムおよび方法を提供する。一方で、当該システムおよび方法は、手持ち式装置がこれを達成することしか必要としない。本発明の特定の実施形態は、同じバッテリの別の部分に試験電流を注入するために、バッテリの一部分から電力を利用することを含む。

インピーダンス分光測定の最も要求の厳しい用途は、低周波電流の注入である。本発明の実施形態のオプションは、エネルギー貯蔵システムがまず、一定量のエネルギーを貯蔵し、その後、貯蔵システムから試験すべきバッテリへこのエネルギーの一定量を送達するものである。

例えば、１０Ａの振幅での０．１Ｈｚ電流注入が、６００Ｖのバッテリへと注入され得る。三角形状の電流注入が選択され得る。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータのインダクタに起因する、注入されるコンバータ電流の一般的な形状であるためであるが、これは計算を容易にするための一例に過ぎない。実際の波形は、正弦波、方形波もしくは三角波、のこぎり波、またはＤＣパルスなどであり得る。送達される必要のあるピーク電力は６ｋＷである。三角形の半サイクルに含まれるエネルギーは３０ｋＪまたは８．３Ｗｈである。

実施形態は、好ましくは可搬式または手持ち式装置を用いて、自動車用電池について、自動車用電池が再利用できるか、可能性として異なる用途に使用できるか、または廃棄されなければならないかを、バッテリが道路上での車両での使用に関する規制基準未満に入っているか否かを診断することによって、診断することに関する。規制基準未満であっても、本発明の実施形態は、リチウムイオンバッテリのような、そのようなバッテリが、依然として大きい充電レベルを保持しているか否かを診断することができ、したがって、関連するまたは異なる用途で取り戻すことができる追加の経済的価値を有する。例えば、損傷したバッテリを単に交換することができるか、またはバッテリによる使用のためにより小型またはより軽量またはより低速の車両を探すことができるため、車両における再使用が可能である。

本発明の実施形態が適用可能な電気自動車の概略図である。本発明の一実施形態による、コンバータおよびインバータに接続されたときの高電圧バッテリの初期構成を示す図である。本発明の一実施形態によるインピーダンス分光測定装置への両方のバッテリ半部の接続を示す。本発明の一実施形態による測定装置の内部概略図である。本発明の一実施形態による、上側バッテリ半部の単一電圧および電流測定、インピーダンス測定を伴う構成を示す図である。本発明の一実施形態による、下側バッテリ半部の単一電圧および電流測定、インピーダンス測定を伴う構成を示す図である。本発明の一実施形態による、バッテリ特性を決定するための、測定機器、電力処理機器、電力機器を制御するための監視コントローラを備えた装置の概略図である。本発明の一実施形態による、バッテリ特性を決定し、測定データと決定されたバッテリ特性の両方を記憶するための、測定機器、電力処理機器、電力機器を制御するための監視コントローラ、ならびに、ディスプレイを備えた装置の概略図である。本発明の一実施形態による、通信設備とデータベースへのリンクとを有する手持ち式装置を示す図である。本発明の一実施形態による、共通のＤＣバスを有する個々のコンバータへの両方のバッテリ半部の接続を示す図である。

定義
「手持ち式」という用語は、バッテリ診断装置のような装置を搬送し、自動車の限られた空間においても装置を操作することができることに関する。このような装置は、５ｋｇ未満、好ましくは５００ｇ〜２ｋｇの重量であり、寸法は好ましくは４００ｍｍ×４００ｍｍ未満、すなわち１６×１０^４ｍｍ^２未満、好ましくは１０×１０^４ｍｍ^２未満の面積である。寸法は１０^４ｍｍ^２より大きくなる。

用語「可搬式」は、バッテリ診断装置のような装置を通常の自動車によって輸送することができることに関する。そのような装置は、５０ｋｇ未満、好ましくは１０〜２０ｋｇの重量であり、寸法は好ましくは１ｍ×１ｍ×５００ｍｍ未満である。

「自動車用バッテリ」または「高電圧バッテリ」という用語は、車両を推進する電気モータを駆動するための主電源である、電気自動車またはハイブリッド車両に使用されるバッテリを指す。このようなバッテリは、モータおよびそれに取り付けられた発電機が動作していないときにエンジンを始動させ、照明を作動させるために自動車の電源として通常使用される１２または２４の電圧バッテリと混同されてはならない。自動車用バッテリは、例えば、０．１〜１ｋＶの電圧を供給する。バッテリは少なくとも５Ａｈから数百Ａｈまで、例えば２１０Ａｈの時定格を有する。一例が、ＡｕｄｉＱ５／Ａ６／Ａ８ハイブリッドのセルあたり５Ａｈ／３．７Ｖの、Ｓａｎｙｏ製の７２セルである。「Ｌｉｔｈｉｕｍ−ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ：ＡｄｖａｎｃｅｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（ＧｉａｎｆｒａｎｃｏＰｉｓｔｏｉａ，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ２０１４，ＩＳＢＮ９７８−０−４４４−５９５１３−３，ｐａｇｅ２１０）も参照されたい。

「ハイブリッド車両」または「ハイブリッド自動車」は、電源のうちの１つが、１つまたは複数の自動車用バッテリまたは高電圧バッテリによって給電される１つまたは複数の電気モータまたは高電圧電気モータであるような、２つ以上の別個の電源を使用して移動する車両（例えば、自動車、列車、バス、ワゴン、トラック、フォークリフト車など）である。他の駆動装置は、例えば、従来の内燃機関であってもよい。

「ハイブリッド電気自動車」（ＨＥＶ）という用語は、内燃機関と１つまたは複数の電気モータとを組み合わせた車両を指す。他の同様の車両は、ディーゼルエンジンと電気モータの両方によって動力供給することができる。ハイブリッド車両には、プロペラに動力供給するためのディーゼルエンジンなどの内燃機関、および、潜水艦が潜水したときに「Ｅモータ」または電気モータに給電する１つまたは複数のバッテリを使用する潜水艦も含まれる、また、電気モータと別の動力源との同様の組み合わせを有する無人機などの航空機も含まれる。

例示的な実施形態の説明
本発明は、特定の実施形態に関して、および特定の図面を参照して説明されるが、本発明はそれに限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載された図面は概略的なものに過ぎず、限定ではない。

さらに、明細書および特許請求の範囲の第１、第２、第３などの用語は、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも順次的または時間的な順序を説明するためではない。これらの用語は、適切な状況下で交換可能であり、本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示されている以外の順序で動作することができる。

さらに、本明細書および特許請求の範囲における上部、下部、上、下などの用語は、説明目的で使用され、必ずしも相対的な位置を説明するためではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載の本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示されている以外の向きで動作することができる。特許請求の範囲で使用される用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、その後に列挙される手段に限定されるものとして解釈されるべきではなく、他の要素またはステップを排除するものではない。この用語は、言及した特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を参照されているように指定するものとして解釈される必要があるが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップもしくは構成要素、またはそれらの群の存在または追加を排除するものではない。したがって、「手段ＡおよびＢを備える装置」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなる装置に限定されるべきではない。これは、本発明に関して、装置の関連するに過ぎない構成要素が、ＡおよびＢであることを意味する。同様に、同じく本明細書または特許請求の範囲において使用されている「結合されている（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語は、直接的な接続のみに限定されていると解釈されるべきではないことに留意すべきである。したがって、「装置Ｂに結合されている装置Ａ」という表現の範囲は、装置Ａの出力が装置Ｂの入力に直接接続される装置またはシステムに限定されるべきではない。これは、他の装置または手段を含む経路であってもよい、Ａの出力とＢの入力との間の経路が存在することを意味する。

ソフトウェアへの参照は、プロセッサによって直接的または間接的に実行可能な任意の言語の、任意の種類のプログラムを包含することができる。

論理、ハードウェア、プロセッサまたは回路への参照は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ディスクリートコンポーネントまたはトランジスタ論理ゲートなどに限定されない、任意の度合いまで集積されている、任意の種類の論理またはアナログ回路を含むことができる。

本発明の実施形態では、バッテリの第１の部分には、例えばインピーダンス試験などの試験中に必要に応じてＤＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣコンバータを介して、バッテリの第２の部分からの充電電流が供給される。したがって、第１の部分によって注入される電荷は、第２の部分に貯蔵され、したがって、エネルギーの損失はほとんどない。これは、バッテリ全体からの電圧を使用してバッテリを試験する既知の装置とは異なる。その場合、例えば、放電抵抗器内でエネルギーが浪費される。そのような抵抗器は、非常に大量のエネルギーを放散するように設計される必要があり、したがって、大きなサイズであり、冷却能を必要とする。したがって、これは手持ち式機器のための良好なソリューションではなく、この余分な重量を搬送する必要がある自動車のための良好なソリューションでもない。

本発明では、エネルギーの損失がほとんどなく、重い機器の必要なしに高電流で充電と放電の両方が可能であるため、ＤＣオフセットを課される正弦波電流ではなく、負パルスおよび正パルス、または正弦波電流診断試験を原点を中心に適用することができる。ＤＣ放電パルスおよび正弦波電流を印加するとき、これらはＤＣオフセットが課されることなくゼロを中心とするものである。インピーダンス分光試験におけるＤＣオフセットは試験を改変する。１回のインピーダンス分光検査でＤＣとＡＣ周波数とを組み合わせると、いくつかの現象が同時に発生する可能性があるため、測定結果を正確な基礎現象に関連づけることが困難になる。

本発明の実施形態によれば、バッテリは、外部電源なしでゼロ電流を中心とする、ＤＣ充電および放電パルス、ならびに広範囲の低ＡＣ周波数および高ＡＣ周波数によって別個に試験することができる。これにより、ＤＣ現象とＡＣ現象とが互いに分離されるため、測定結果を簡単に解釈することができる。また、バッテリは、異なる充電状態（ＳｏＣ）の値において異なる充電および放電特性を有することが知られている。したがって、放電のみが存在するＤＣオフセットを有するＡＣ試験電流を使用すると、結果をゆがめる可能性がある。診断試験は、任意の特定のＳｏＣにおいて本発明によって実行することができる。さらに、ユーザは、診断試験で適用される電流プロファイル、振幅または周波数を自由に選択できる。したがって、本発明は、ＤＣまたはＡＣ試験電流のいずれかを含む、ユーザ定義の電流プロファイル、試験電流振幅および１つまたは複数の周波数を適用することができる。

本発明の実施形態は、例えば、電気自動車もしくはハイブリッド自動車に使用される高電圧バッテリ、例えば０．１〜１ｋＶ、および／または、自動車用バッテリなどのようなエネルギー貯蔵装置を２つ以上の部分、例えば２つの半部に分割することによって、例えば、電気自動車もしくはハイブリッド自動車に使用される高電圧バッテリ、例えば０．１〜１ｋＶ、および／または、自動車用バッテリなどのようなエネルギー貯蔵装置の試験に関する少なくとも１つの問題を解決する、本発明の目的を達成する。蓄電装置またはバッテリの２つ以上の部分は、通常動作時に直列に接続されてもよいし、並列に接続されてもよい。唯一の要件は、蓄電装置またはバッテリの一部分が、他の部分またはその他の部分の診断試験を駆動するのに十分強力であることである。したがって、注入される電流の第１の半サイクル中に、一方の部分または半部は電力を送達するように適合され、一方で他方の部分または第２の半部は、電力を貯蔵し、第２の半サイクルの間はその逆になる。外部電源を必要とせずに、両方のまたはすべての部分または半部が互いに電力およびエネルギーを交換するため、さらなるエネルギー貯蔵を省略することができ、エネルギー貯蔵装置またはバッテリの試験のためのインピーダンス分光診断装置などの診断試験装置は、手持ち式または可搬式デバイスとすることができるように、サイズを大幅に縮小することができる。両方またはすべての部分または半部が同一である必要はなく、両者または全部の間の接続が、電圧差を考慮する少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＡＣコンバータを介するように構成することができるため、セル数、電圧などの差が許容される。

本発明の実施形態は、車両に搬送される必要がある構成要素の質量を低減する。また、多大な冷却能が要求される。本発明の実施形態は、別の部分のバッテリの１つの部分からの電力を回収することによって、数ｋＷにおいてバッテリを放電および充電することができる。本発明の実施形態は、例えば、放電抵抗器の冷却のためのファンを必要としない。そのような抵抗器抵抗によって発生する熱から作業者を保護するための大きなヒートシンクも必要ない。

実施形態１
本発明の実施形態は、例えば、電気自動車もしくはハイブリッド自動車に使用される高電圧バッテリ、例えば０．１〜１ｋＶ、および／または、自動車用バッテリなどのようなエネルギー貯蔵装置を２つ以上の部分、例えば２つの半部に分割することによって、エネルギー貯蔵装置の試験に関する少なくとも１つの問題を解決するために、本発明の目的を達成する。例えば、電気自動車もしくはハイブリッド自動車に使用される高電圧バッテリ、例えば０．１〜１ｋＶ、および／または、自動車用バッテリなどのようなエネルギー貯蔵装置の２つ以上の部分は、通常動作時に直列に接続されてもよいし、並列に接続されてもよい。唯一の要件は、例えば、電気自動車もしくはハイブリッド自動車に使用される高電圧バッテリ、例えば０．１〜１ｋＶ、および／または、自動車用バッテリなどのようなエネルギー貯蔵装置の１つの部分が、電流を注入することによって、他の部分またはその他の部分について診断試験を駆動するのに十分強力でなければならないことである。したがって、１つの部分または半部は、他の部分または別の部分の診断試験のための電力を送達するように適合される。他方の部分または第２の半部は、注入電流の第１の半サイクル中に電力を貯蔵し、第２の半サイクルの間はその逆になる。

２つ以上のバッテリ部分または半部へのアクセスを達成するために、例えば、電気自動車もしくはハイブリッド自動車に使用される高電圧バッテリ、例えば０．１〜１ｋＶ、および／または、自動車用バッテリなどのようなエネルギー貯蔵装置の正極および負極、ならびに、例えば、電気自動車もしくはハイブリッド自動車に使用される高電圧バッテリ、例えば０．１〜１ｋＶ、および／または、自動車用バッテリなどのようなエネルギー貯蔵装置の中間位置または別の分割位置が、オーミック接触のためにアクセス可能である必要がある。図１および図２を参照されたい。本発明の以下の実施形態では、バッテリを参照して説明されるが、用語「バッテリ」は単に「例えば、電気自動車もしくはハイブリッド自動車に使用される高電圧バッテリ、例えば０．１〜１ｋＶ、および／または、自動車用バッテリなどのようなエネルギー貯蔵装置」の短縮バージョンであることを理解されたい。

例えば、図１に示すように［７］、ＴｏｙｏｔａＹａｒｉｓＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅのバッテリ１２は、Ｔｏｙｏｔａの「ＨｙｂｒｉｄＳｙｎｅｒｇｙＤｒｉｖｅ」におけるこのような高電圧バッテリ１２の使用例である。このような自動車３０は、補助バッテリ９としての通常の１２ボルトのバッテリと、電気トラクションモータ２８に給電するためのより大きなバッテリ１２とを有する。バッテリ１２の両極１，２はノーマルオープンリレー３，４に接続され、インバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータ、すなわちインバータ／コンバータモジュール２２のワイヤおよびＤＣバスは、車両３０の動作中にのみ機能することを確実にする。バッテリ１２の中間点または分割点は、技術者および緊急応答者が、それぞれ保守の場合または緊急の場合に切断することを可能にするために、バッテリ１２を２つの部分または２つの半部５，６に分割する「サービスプラグ」１０（図２に良く示されている）を介してアクセス可能である。２つ以上のサービスプラグ１０を使用して、バッテリ１２を異なる位置において分割することができる。

資格のある技術者は、試験方法の第１のステップとしてサービスプラグ１０を取り外すことによって、バッテリ１２の中央にある２つのオーミック接続点７，８にアクセスすることができる。これにより、バッテリ１２のプラス極１およびマイナス極２へのアクセスも可能となる。このアクセスは、好ましくは、上で定義した手持ち式または可搬式装置である診断装置１６に接続するために使用される。このアクセスは、第１の選択肢として、バッテリ１２を高電圧ケーブル１４に接合するコネクタ１３（図２参照）、または、第２の選択肢として、インバータ／コンバータモジュール２５に接合する高電圧ケーブル１４のコネクタ１５において達成することができる。第１のアクセス選択肢は、サービスプラグ１０の近くにあるバッテリの極へのアクセスの利点を有し、それによって、インピーダンス分光測定装置などのバッテリ診断装置１６（図３参照）に向かう配線の長さを制限することができる。欠点は、このコネクタ１３にアクセスまたは配置するために、車両のトランクまたはブーツにおいていくらかの分解を必要とする可能性があるため、このコネクタ１３がアクセスすることが困難である可能性があることである。

第２の選択肢は、インバータ／コンバータモジュール２２への高電圧ケーブル１４のコネクタ１５を使用することである。このコネクタ１５は、通常、車両のフードまたはボンネットの下でアクセスするのが容易であるが、サービスプラグ１０が自動車３０の他端に位置し得るため、より長いワイヤを必要とする。サービスプラグ１０を取り外すことにより、バッテリ１２の極１，２におけるリレー３，４が強制的に開かれるが、これは適切な信号をリレー３，４のコントローラ１９（例えば、コンピュータまたはマイクロコントローラなどとして実装される）に送信することによって無効にすることができる。

２０１１ＮｉｓｓａｎＬｅａｆのリチウムイオンバッテリパックなどの一部の自動車用電池は、１つまたは複数の分割位置で極１，２に容易にアクセスできるモジュールに組み立てられるセルを有する。どのような技術が使用されても、必要な少なくとも４つのオーム接触点１，２，７，８がアクセス可能であるか、またはアクセス可能にされ得る［８］。

電気トラクションモータ（複数可）２８のインバータ／コンバータモジュール２２内のインバータ（複数可）に接続されたときのバッテリ１２の初期構成を図２に示す。

２つ以上の別々にアクセス可能なバッテリ部分または半部への高電圧バッテリ１２の再構成が図３に示されており、これは試験方法の第２のステップである。バッテリ部分または半部５，６の両方の極１，７；２，８が、バッテリインピーダンス分光装置のようなバッテリ診断装置１６に接続されている。図３に示すように、サービスプラグ１０は試験プラグ２０に置き換えられている。試験プラグ２０から、ケーブル２３および２４が、診断装置１６、例えばインピーダンス分光試験装置の残りの入力接続部２７に延伸する。ケーブル２３，２４は、バッテリ１２の上部（５）および下部（６）のそれぞれの極７，８を接続部２７および診断装置１６、例えばインピーダンス分光試験装置の残りの部分に接続する。

図３にも示されているように、ケーブル２５および２６は、ＨＶケーブル１４の端部のコネクタ１５およびＨＶケーブル１４の接続点１７，１８から、診断装置１６、例えばインピーダンス分光試験装置の入力接続部２７まで延伸する。ケーブル２５，２６は、バッテリ１２のそれぞれの極１，２への接続を接続部２７に提供する。

好ましくは手持ち式または可搬式である、例えば、インピーダンス分光試験を実施するための診断装置１６は、信号発生器およびインピーダンス分光測定装置のようなバッテリ特性測定装置を含むことができる。図３に示すこの構成は、一方のバッテリ部分または半部５，６から電力を引き出し、もう一方または他方の部分またはバッテリ半部６，５に電力を注入することを可能にする。好ましくは手持ち式または可搬式であるバッテリ診断装置１６、および特に手持ち式バッテリインピーダンス分光装置は、電気エネルギー貯蔵容量をほとんどまたは全く含まないため、サイズが大幅に縮小される。

バッテリ診断装置１６、および、例えば、好ましくは手持ち式または可搬式であるバッテリインピーダンス分光測定装置は、バッテリインピーダンスを測定するのに必要な測定ツールを備えている。図４の実施形態では、手持ち式または可搬式であることが好ましい、バッテリ診断装置１６、例えば手持ち式バッテリインピーダンス分光測定装置は、各バッテリ部分または半部５，６のバッテリ特性、例えばインピーダンスを決定するための２セットの電流（３３，３５）および電圧（３４，３６）メータ、ならびに、上側バッテリ部分または半部５および下側バッテリ部分または半部６のためのＤＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣコンバータ３８，３９を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータはＤＣ電圧および電流を供給し、一方、ＤＣ／ＡＣコンバータは整流回路に接続してＤＣ電圧および電流を生成することができる。この実施形態の変形例では、電流（３５）および電圧（３６）メータの１つのセットのみが提供され、メータ３５，３６をバッテリのそれぞれの部分または半部に切り替えるためのスイッチが設けられる。スイッチ４２，４４，４６，４８を備えた単一のセットの電圧および電流メータ３５，３６の構成を図５および図６に示す。スイッチ４２，４４，４６，４８を操作することにより、メータ３５および／または３６を、上側バッテリ部分または半部５（図５）の診断試験、例えばインピーダンス測定および下側バッテリ部分または半部６（図６）のインピーダンス測定を実施するように切り替えることができる。

バッテリ部分または半部５，６のすべてまたは一部または両方は、セルの数および／または電圧が異なることがあるため、全部または一部または両方の部分または半部を流れる電流もまた異なり得る。それにもかかわらず、インピーダンス測定などの診断測定は、例えば４つのスイッチ４２，４４，４６，４８のような必要な数のスイッチが設置されている場合には、電圧メータ３５および電流メータ３６の単一のセットによって行うことができる。これらの４つのスイッチ４２，４４，４６，４８により、バッテリ部分または半部５，６をＤＣ／ＤＣコンバータ３８またはＤＣ／ＡＣコンバータ３９のいずれかに接続することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３８またはＤＣ／ＡＣコンバータ３９は、必要に応じてかつ図５に図示されているように、平衡システムを回復するために任意の電圧を調整するために設けられている。少なくとも１つの電圧および電流測定装置を有するこの実施形態は、体積、重量およびコストを節約するために有益であり得る。それは、本発明の実施形態のいずれかに明示的に含まれる。

好ましくは手持ち式または可搬式であるバッテリインピーダンス分光測定装置などのバッテリ特性診断装置１６は、好ましくは、１つのバッテリ部分または半部から必要な電流を抽出して、もう一方または他方のバッテリ部分または半部にその電流を注入することができる電力処理段または手段も備えている。本発明の重要な概念は、バッテリの一部分を電源として使用して、別のまたは他の部分を試験することである。このため、例えば、好適には手持ち式または可搬式である、いずれかの実施形態によるインピーダンス分光測定を実施するためのバッテリ特性診断装置は、強力な外部電源を必要としない。電力処理段または手段は、少なくとも１つの周波数において必要なバッテリ電流を供給するように適合されているが、好ましくは、５μＨｚから１００ｋＨｚの範囲などの広範囲の周波数において必要な電流を供給することができる。例えばｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｓｃｉ．ｏｒｇ／ｐａｐｅｒｓ／ｖｏｌ７／７０１０３４５．ｐｄｆまたはｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｕｅｌｃｏｎ．ｃｏｍ／ｃｍｓ／ｅｎ／ｎｅｗｓ／ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ？ｉｄ＝ｂａｔｔｅｒｙ＿ｉｍｐｅｄａｎｃｅ＿ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ＆Ｌ＝１を参照されたい。

電力処理段または手段は、好ましくは、正弦波、方形波もしくは三角波、のこぎり波、またはＤＣパルスなどの２つ以上の異なる波形によって、バッテリ部分または半部の各々を励起することができる。これは、電力処理手段は、波形の最大周波数がＤＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣコンバータのスイッチング周波数の約１／１０であるという条件で、言及されている波形を生成することが可能なパルス幅変調のような技法によって可能である。このスイッチング周波数は技術によって異なる。ＩＧＢＴベースのコンバータは２０ｋＨｚの一般的なスイッチング周波数を有し、２ｋＨｚまでの上記の波形を生成することができ、一方、ＳｉＣベースのコンバータは、５００ｋＨｚ〜１ＭＨｚまででスイッチングして１００ｋＨｚまでの言及されている波形を生成することができる。このリストは網羅的なものではなく、ＭＯＳＦＥＴ、ＣＯＯＬＭＯＳなどのような技術も考慮する必要があるが、最大許容バッテリ電圧も技術に依存する。低周波数波形（ｈＨｚ範囲、Ｈｚ範囲、ｍＨｚ範囲）が、すべてのスイッチング技術で容易に達成できる。

例えば、好ましくは手持ち式または可搬式であるインピーダンス分光測定試験を実施するためのバッテリ特性診断装置１６は、例えば、電力処理段に由来する望ましくない（低調波）高調波、バッテリに達すること、および、インピーダンス測定を妨害することを防止することを防止するために、電力処理段または手段に取り付けられたフィルタ段（図示せず）を備えることができる。

図７は、バッテリ特性を決定し、測定データと決定されたバッテリ特性の両方を記憶するための、測定機器、電力処理機器、電力機器を制御するための監視コントローラを備えた装置の概要を示す。好ましくは手持ち式または可搬式である、例えば、インピーダンス分光試験を実施するための手持ち式バッテリ特性診断装置は、好ましくは、図７に概略的に示すように、監視コントローラ４０も備える。

例えば、監視コントローラ４０は、バッテリ１２の両方またはすべての部分または半部の電流が（ほぼ）同一であるが符号が異なるように、電力処理段または手段を制御するように適合させることができる。監視コントローラ４０はまた、例えば、必要に応じてフィルタ段の影響を考慮することによって、電力処理段または手段を制御することによって、診断試験中にバッテリ１２の両方またはすべての部分または半部の電流の周波数が同じであることを確実にするように適合させることもできる。

例えば、好ましくは手持ち式または可搬式であるインピーダンス分光試験を実施するためのバッテリ特性診断装置１６は、好ましくは必要とされるレベルの正確度で各バッテリ部分の電圧および電流の測定を容易にし、これらの測定値に基づいて注入電流の異なる周波数におけるインピーダンスなどの関連するバッテリ特性の決定を容易にするように適合されているＣＰＵのマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラのような処理エンジンを備えることができる。測定された電圧、電流およびインピーダンスに基づいて、処理エンジンは、充電状態（ＳｏＣ）、健康状態（ＳｏＨ）および他のバッテリ特性に関する推定を実行するように適合させることができる。

図８に示すように、例えば、好ましくは手持ち式または可搬式であるインピーダンス分光試験を実行するためのバッテリ特性診断装置１６はまた、両方とも時間および（注入電流の）周波数の関数として、測定された電圧／電流および決定されたインピーダンスを記憶するメモリ記憶装置（５２、図１０参照）も備えることができる。

好ましくは手持ち式または可搬式であるバッテリ特性診断装置はまた、例えば、とりわけ、異なる周波数におけるバッテリインピーダンスを示す表示機能（５４）（図９参照）も備えることができる。

この実施形態によるバッテリの両方またはすべてのバッテリ部分または半部が、電力とエネルギーを互いに交換するため、例えば、好ましくは手持ち式または可搬式である、インピーダンス分光試験を実施するための特性診断装置１６は、外部電源を必要としない。したがって、さらなるエネルギー貯蔵装置を省略することができ、この実施形態によるインピーダンス分光診断装置などのバッテリ診断試験装置は、手持ち式または可搬式装置であるように、大幅に小型化することができる。両方またはすべての部分または半部が同一である必要はなく、両者または全部の間の接続が、差を考慮する少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＡＣコンバータを介するように構成することができるため、セル数、電圧などの差が許容される。

実施形態２
図１０を参照すると、上述したように、例えば、好ましくは手持ち式または可搬式である、インピーダンス分光測定試験を実施するためのバッテリ特性診断装置１６は、他の装置と通信し、例えば、遠隔支援のためにネットワークに接続するように適合することができる。この目的のために、無線または有線のネットワークカードおよびネットワーキング能力５１を備えることができる。特に、上述のように、例えば、好ましくは手持ち式または可搬式である、インピーダンス分光試験を実行するためのバッテリ特性診断装置１６は、例えば、ネットワークに接続されたデータベースサーバ内の中央データベース５３にアクセスすることができる。中央データベースまたはデータベース５３は、販売および使用されている各自動車用バッテリの詳細を記憶することができる。本発明の実施形態に関して説明したバッテリの診断試験の結果は、そのようなデータベース内の各バッテリについて記憶することができる。そのようなデータは、自動車がバッテリと共に販売されるときに提供されてもよい。インピーダンス測定の記録は、バッテリが規制試験仕様に合格しているか否かを判断するためにも使用できる。このデータは、同様のバッテリパックのデータを検索し、検索されたデータを試験中のバッテリパックの測定データと比較／表示するためにも使用できる。

中央データベース５３はまた、すべての試験結果を収集し、これらの結果から発見的規則を作成して、例えば、再利用、修理、異なる用途への転換または破壊などの、バッテリの成り行きを決定する際の支援を提供するエキスパートシステムを含むことができる。

実施形態３
このさらなる実施形態は、先行する実施形態のいずれかに含まれてもよく、これらの組み合わせは各々、明示的に開示される。バッテリの全部または両方の部分または半部の間のエネルギー交換を達成するための本発明のこのさらなる実施形態の構成が、図９に概略的に示されている。これは、共通のＤＣバス６４による個々のコンバータ６２へのバッテリ部分または半部５，６の両方の接続を示す。各バッテリ部分または半部５，６のプラス極１，８は、双方向ブーストコンバータ６２に接続されている。マイナス極２，７は、バッテリ部分または半部５，６およびコンバータ６７，６８の全部または両方の共通のマイナスに接続されている。各ＤＣ／ＤＣコンバータ６７，６８は、バッテリからコンバータ６７，６８のＤＣバス６４およびインダクタンス６６に電流を独立に引き込むかまたは注入することができる。ＤＣバス容量を最小限に抑えるために、監視コントローラ４０は、一方のコンバータによって取り出される電流が他方のコンバータによって注入されることを確実にするように適合させることができる。これにより、必要なバッテリインピーダンス分光電流が両方のバッテリ部分５，６に流れるようになる。

この実施形態は、とりわけ、双方向クックコンバータ［１０］および双方向フライバックコンバータ［１１］などの他の双方向コンバータを使用して達成することもできる。主な要件は、コンバータ６７，６８が双方向電流を可能にすることである。

単一の双方向昇圧コンバータを使用して、両方のバッテリ部分間のエネルギー交換を行うこともできる。このコンバータの利点は、操作が簡単であることである（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｉｖａ−ｐｏｒｔａｌ．ｏｒｇ／ｓｍａｓｈ／ｇｅｔ／ｄｉｖａ２：３０１３４６／ＦＵＬＬＴＥＸＴ０１．ｐｄｆ参照）。ハードウェアの観点からは、キャパシタを省略することができ、一方、両方のハーフブリッジ間の共通リンクがインダクタであるため、フィルタはもはや厳密には必要ない。バッテリの両方の部分は、この単一のコンバータを使用して、他の部分よりも高い電圧または低い電圧を有することができる。コンバータにはキャパシタおよびフィルタがなく、単一のインダクタがＤＣリンクとして使用される。

自動車の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、高電圧バッテリとモータインバータの高電圧ＤＣバスとの間で使用される場合、５．３ｋＷ／ｋｇおよび９．１ｋＷ／ｌ［１０］まで上昇し得る。したがって、バッテリ半部の１つに接続された各コンバータは、約１ｋｇの重さであり、６００Ｖバッテリにおいて１０Ａの電流を注入するために０．５リットルの容量を有する。したがって、フィルタ段を含む全出力処理段は、約２ｋｇの重さであり、１リットルの容量を有する。これは、ディスプレイ、ＣＰＵなどの処理エンジン、メモリおよび測定構成要素が電力処理ステージおよびそのフィルタに比べて軽量であるため、デバイスの質量および体積の主な寄与分となる。

この質量および体積を前述のデータと比較すると、本発明の実施形態は、スーパーキャパシタ／バッテリを備えた従来の診断装置の質量を８〜９ｋｇから約２ｋｇに減らすことができ、これは手持ち式装置にとって大きな利点である。さらに、ほとんどの高価な素子を省略することができるのでコストが低減され、一方、スーパーキャパシタ／バッテリなどの外部エネルギー供給を省略することによって信頼性も向上する。

実装
好ましくは手持ち式または可搬式である、例えば、インピーダンス分光試験を実行するためのバッテリ特性診断装置を説明する本発明の実施形態は、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、プロセッサ、マイクロコントローラ、コントローラ、または中央処理装置（ＣＰＵ）および／またはグラフィック処理装置（ＧＰＵ）を含む処理能力を有するデジタル装置によって実装することができ、ソフトウェア、すなわち１つまたは複数のコンピュータプログラムでプログラムされることにより、それぞれの機能または試験を実行するように適合させることができる。

好ましくは手持ち式または可搬式である、例えば、インピーダンス分光試験を実行するためのこのようなバッテリ特性診断装置１６は、メモリ（非一時的コンピュータ可読媒体、ＲＡＭおよび／またはＲＯＭなど）、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）またはＡｎｄｒｏｉｄ（登録商標）のようなオペレーティングシステム、随意選択的にＯＬＥＤディスプレイのような固定フォーマットディスプレイのようなディスプレイ、キーボードのようなデータ入力装置、「マウス」などのポインタ装置、他のデバイスと通信するためのシリアルまたはパラレルポート、例えば遠隔支援のためにネットワークに接続するためのネットワークカードおよび接続を有することができる。

ソフトウェアは、第１のバッテリ部分および第２のバッテリ部分に分離可能な自動車用バッテリのようなエネルギー貯蔵装置に対して、コンピュータベースのバッテリ特性診断装置を動作させる方法を実行するために、ソフトウェアがそれぞれの１つまたは複数の装置にロードされ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどの１つまたは複数の処理エンジン上で実行されるときに、以下の機能を実行するように適合されたコンピュータプログラム製品で具体化することができ、第１の部分および第２の部分は直列または並列であり、バッテリ特性診断装置をオーミック接続に接続するために、第１の部分および第２の部分の極に対するオーミック接続を有する。

コンピュータプログラム製品内に具現化されたソフトウェアは、ソフトウェアがそれぞれの１つまたは複数の装置にロードされ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどの１つまたは複数の処理エンジン上で実行されるとき、以下の機能を実行するように適合される。

第１の部分から電流を抽出し、その電流を少なくとも１つの周波数において第２の部分に注入するステップ、および
少なくとも第２のバッテリ部分に対してバッテリ特性診断試験を実行するか、または第２のバッテリ部分から電流を抽出し、少なくとも１つの周波数においてその電流を第１のバッテリ部分に注入し、少なくとも第１のバッテリ部分についてバッテリ特性診断試験を行うステップ。

バッテリ特性診断試験は、バッテリインピーダンス分光試験であってもよい。
コンピュータプログラム製品内に具現化されたソフトウェアは、ソフトウェアがそれぞれの１つまたは複数の装置にロードされ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどの１つまたは複数の処理エンジン上で実行されるとき、以下の機能を実行するように適合される。

電流を複数の周波数において注入するステップ。複数の周波数は、５μＨｚから１００ｋＨｚの範囲をカバーすることができる。

第１の部分および第２の部分の各々を、正弦波、方形波または三角波、のこぎり波およびＤＣパルスの群から選択される２つ以上の異なる波形によって励起するステップ、例えば、波形の最大周波数がＤＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣコンバータのスイッチング周波数の１／１０であるかまたは約１／１０であるという条件で、１つまたは複数の異なる波形を生成するステップ。非対称三角波がコンバータによって生成される固有の波形であるため、スイッチング周波数における非対称三角波も可能であるが、その形状はバッテリ電圧によって決まる。

バッテリ特性診断試験を妨げることができる種類の（低調波）高調波を低減または抑制するためにフィルタリングするステップ。

第１の部分および第２の部分の電流が同一であるが、符号が異なるように、かつ／または、第１の部分および第２の部分の電流の周波数が同じであるように、バッテリの各部分における注入電流を制御するステップ。明らかに、バッテリ部分の電圧が異なるとき、電流は「同じであるが符号が異なる」とはならない。装置内に貯蔵が予見されないため、両方のバッテリ半部の電力が同一である必要があり、そのため、最大ＲＭＳ電圧を有する部分のＲＭＳ電流は最小である。したがって、振幅は単一の時点において異なる。しかし、異なる時点において、両方のバッテリ部分は、同一の振幅、波形および周波数を有する電流を受け得る。

第１のバッテリ部分および第２のバッテリ部分にかける電圧および電流を測定するステップ。

注入電流の異なる周波数における一部分のインピーダンスを決定するステップ。
コンピュータプログラム製品内に具現化されたソフトウェアは、ソフトウェアがそれぞれの１つまたは複数の装置にロードされ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどの１つまたは複数の処理エンジン上で実行されるとき、以下の機能を実行するように適合される。

時間および注入電流の周波数の関数として、測定された電圧／電流および決定されたインピーダンスをメモリに記憶するステップ、および／または、注入電流の１つまたは複数の周波数におけるバッテリインピーダンスを表示するステップ。

コンピュータプログラムは、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤ−ＲＯＭ）、磁気ディスク、磁気テープ、またはフラッシュドライブなどのソリッドステートメモリなどの非一時的信号記憶装置に記憶することができる。

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［９］T. A. Burress, S. L. Campbell, C. L. Coomer, , C. W. Ayers, J. P. Cunningham, L. D. Marlino, L. E. Seiber「EVALUATION OF THE 2010 TOYOTA PRIUS HYBRID SYNERGY DRIVE SYSTEM」(Oak Ridge National Laboratory, Energy and Transportation Science Division, Tech. Rep., March 2011)
［１０］Su-Won Lee, Seong-Ryong Lee, Chil-Hwan Jeon「A New High Efficient Bi-directional DC/DC Converter in the Dual Voltage System」(Journal of Electrical Engineering & Technology, Vol. 1, No. 3, pp. 343-350, 2006)
［１１］Prasanth Thummala, Zhe Zhang and Michael A. E. Andersen「High Voltage Bi-directional Flyback Converter for Capacitive Actuator」(15th Conference on Power Electronics and Applications, EPE’13 ECCE Europe)

Claims

直列または並列の第１の部分および第２の部分の間のサービスプラグが取り外されることによってまたは第１の部分および第２の部分の間に試験プラグを挿入することによって前記第１の部分および前記第２の部分へと分離可能なエネルギー貯蔵装置、高電圧バッテリまたは自動車用バッテリ用の特性診断装置であって、前記第１の部分および前記第２の部分の極に対するオーミック接続を有し、前記特性診断装置は、
前記特性診断装置を前記オーミック接続に接続するためのコネクタと、
前記第１の部分から電流を抽出し、前記電流を少なくとも１つの周波数において前記第２の部分に注入する電力処理手段と、
少なくとも１つの部分または各部分の特性診断試験を実行する手段と、を備える、特性診断装置。
前記特性診断試験を実行する手段は、インピーダンス分光装置である、請求項１に記載の特性診断装置。
前記電力処理手段は、複数の周波数において電流を供給するように構成されている、請求項１または請求項２に記載の特性診断装置。
前記電力処理手段は、正弦波、方形波または三角波、のこぎり波およびＤＣパルスの群から選択される２つ以上の異なる波形によって、前記第１の部分および前記第２の部分の少なくとも１つまたは各々を励起するように構成されている、請求項１または請求項２に記載の特性診断装置。
前記電力処理手段は、パルス幅変調を使用するように構成されている、請求項１または請求項２に記載の特性診断装置。
ＤＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣコンバータをさらに備える、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の特性診断装置。
前記電力処理手段は、１つまたは２つ以上の異なる波形を、前記波形の最大周波数が前記ＤＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣコンバータのスイッチング周波数の１／１０であるかまたは約１／１０であるという条件で生成するように構成されている、請求項６に記載の特性診断装置。
前記特性診断試験を妨げうる種類の、高調波または低調波を低減または抑制するために、前記電力処理手段に取り付けられるかまたは結合されるフィルタをさらに備える、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の特性診断装置。
前記電力処理手段を制御するように構成された監視コントローラをさらに備える、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の特性診断装置。
前記監視コントローラは、前記第１の部分および前記第２の部分の電流が同一であるが、符号が異なるように、かつ／または、前記第１の部分および前記第２の部分の電流の周波数が同じであるように、各部分における電流を制御するように構成されている、請求項９に記載の特性診断装置。
前記第１の部分および前記第２の部分にかける電圧および電流を測定するためのメータをさらに備え、かつ／または、各部分の前記特性診断試験を実行する手段が、注入電流の異なる周波数においてインピーダンスを決定するように適合されている、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の特性診断装置。
前記エネルギー貯蔵装置、前記高電圧バッテリまたは前記自動車用バッテリの中間または中央位置に挿入し、前記第１の部分および前記第２部分の極に対するオーミック接続を提供するための試験プラグをさらに備える、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の特性診断装置。
ハイブリッド車両または電気自動車の診断試験のための、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の装置の使用。
直列または並列の第１の部分および第２の部分の間のサービスプラグが取り外されることによってまたは第１の部分および第２の部分の間に試験プラグを挿入することによって前記第１の部分および第２の部分へと分離可能なエネルギー貯蔵装置、高電圧バッテリまたは自動車用バッテリに対してコンピュータベースの特性診断装置を動作させる方法であって、前記第１の部分および前記第２の部分の極に対するオーミック接続を有し、前記方法は、
前記特性診断装置を前記オーミック接続に接続するステップと、
前記第１の部分から電流を抽出し、前記電流を少なくとも１つの周波数において前記第２の部分に注入し、
少なくとも前記第２の部分に対して特性診断試験を実行するステップ、または、
前記第２の部分から電流を抽出し、前記電流を少なくとも１つの周波数において前記第１の部分に注入し、少なくとも前記第１の部分に対して特性診断試験を実行するステップと、
を含む、方法。
少なくとも１つの周波数において前記電流を前記第２の部分に注入する場合に、当該電流は、前記第１の部分から抽出され、これにより前記第１の部分が放電され、少なくとも１つの周波数において前記電流を第１の部分に注入する場合に、当該電流は、前記第２の部分から抽出され、これにより前記第２の部分が放電される、請求項１４に記載の方法。
ＤＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣコンバータを介して、前記バッテリの前記第１の部分からの充電電流を前記バッテリの前記第２の部分に供給するステップを含む、請求項１４または請求項１５に記載の方法。
前記特性診断試験がインピーダンス分光試験である、請求項１４または請求項１６に記載の方法。
前記電流を複数の周波数において注入するステップをさらに含む、請求項１４〜請求項１７のいずれか一項に記載の方法。
前記複数の周波数は、５μＨｚから１００ｋＨｚの範囲をカバーする、請求項１８に記載の方法。
注入電流の前記複数の周波数における一部分のインピーダンスを決定するステップをさらに含む、請求項１８〜請求項１９のいずれか一項に記載の方法。
正弦波、方形波または三角波、のこぎり波およびＤＣパルス、または非対称三角形波形の群から選択される２つ以上の異なる波形によって、前記第１の部分および前記第２の部分の各々を励起するステップをさらに含む、請求項１４〜請求項２０のいずれか一項に記載の方法。
前記第１の部分および前記第２部分の極に対するオーミック接続を提供するために、前記エネルギー貯蔵装置、前記高電圧バッテリまたは前記自動車用バッテリの中間または中央位置に試験プラグを挿入するステップをさらに含む、請求項１４〜請求項２１のいずれか一項に記載の方法。
処理エンジン上で実行されると、請求項１４〜請求項２２のいずれか一項に記載の方法を実行する、コンピュータプログラム製品。
請求項２３に記載のコンピュータプログラムを記憶する非一時的信号記憶手段。