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JP5351769B2 - 直列のセル・モジュールを備えたバッテリおよびそれを搭載した乗り物 - Google Patents

直列のセル・モジュールを備えたバッテリおよびそれを搭載した乗り物 Download PDF

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Description

本開示は、直列に接続された再充電可能なセルを備えたバッテリに関する。
本発明の利用分野はパワーバッテリであり、例えば電気自動車においてトラクションモータ駆動装置を駆動するエネルギ源として用いられるそれである。電気自動車のこの種のオンボード・バッテリは、例えばリチウム・金属・ポリマ技術のセルを備えている。
当然ながら、このバッテリは例えば固定式装置への給電など、それ以外の用途をもつことがある。
バッテリのセルはバッテリ（the latter）を適切な充電器に接続することによって電力を与えられることがある。
バッテリによって給電される電力消費装置は、例えば電気自動車が制動状態にある場合などに、必要に応じてセルを再充電することがある。その場合、トラクションモータ駆動装置からバッテリに再生電流が供給される。
電力消費装置によるこのバッテリの使用が行われる場合、再生段階および放電段階に対する制御が必要となる。
実際、このバッテリの作動時には、過充電または過剰な再生がバッテリの正極および電解質を構成する生成物の酸化を引き起こす。この酸化はこのバッテリの変質を引き起こす。これは、特に内部抵抗の急増を意味する。強力かつ長期間の過充電はバッテリの破壊を招きうる。
過剰な放電は正極の活物質内に寄生的な電気化学反応を引き起こす。これは、バッテリ容量の急速かつ回復不能な低下という結果を伴う。この反応は内部抵抗の増加という結果も招く。
このように、過剰な再生および／または過剰な放電は、バッテリの寿命を大幅に縮める。
さらに、過剰な低温におけるバッテリの再生は樹枝状結晶の形成を大幅に促進する。これもバッテリの寿命の低下を引き起こす。
過剰な低温での放電は、バッテリの高い内部抵抗により、電圧の低下を早める結果をもたらす。
本発明は、バッテリの寿命を保つために、電力消費装置によるその使用中における過剰な放電および／または過剰な再生を防止可能なバッテリを実現することを目的とする。
この目的のため、本発明の第一の対象は、複数のモジュールのパックを備えたバッテリであって、各モジュールは直列に接続された複数の再充電可能セルを含み、バッテリは、少なくとも１つのセルの電圧および／または少なくとも１つのモジュールの温度を測定する手段をさらに備え、
・前記測定手段によって測定された前記電圧および／または温度、ならびにバッテリの放電電流および／または再生電流の記録された特性に基づいて、前記パックの最大放電および／または再生電流限界値を計算する手段と、
・前記パックの前記最大放電および／または再生電流限界値に関する情報を外部に送信する送信手段とを備えることを特徴とする。
本発明のある実施形態において、前記モジュールは、直列に接続され、前記計算手段からの記録された電流特性は、前記直列に接続されたモジュールに関係する。
本発明のある実施形態において、
・前記バッテリは、
・各モジュールにおいてそのモジュールのいくつかのセルの電圧を測定する手段、および／または
・いくつかのモジュールの温度を測定する手段を備え、
・前記計算手段は、
−第１の最大セル電圧、
−第２の最大モジュール電圧、
−第３の最小セル電圧、
−第４の最小モジュール電圧、
−第５の最高モジュール温度、
から選択される少なくとも１つの第１極値量を、前記測定手段によって測定された前記電圧および／または温度から計算する第１の手段と、
−前記第１および／または第２の最大電圧に応じた最大認定パック再生電流値、
−前記第３および／または第４の最小電圧に応じた最大認定パック放電電流値、
−前記第５の最高モジュール温度に応じた最大許容パック再生電流値、
−前記第５の最高モジュール温度に応じた最大許容パック放電電流値、
のうちの少なくとも１つの値を、前記パックの最大放電および／または再生電流限界値として計算する第２の手段とを備える。
本発明の別の特徴によれば、
−各モジュールは、前記第１の計算手段を備え、前記複数のモジュールの１つが、マスタである一方、それ以外のモジュールは、前記少なくとも１つの第１極値量を、前記モジュールを互いに接続する通信ネットワークを経由して該マスタ・モジュールに送信する該マスタ・モジュールのスレーブであり、前記第２の計算手段と前記外部への送信手段は、前記マスタ・モジュールに設けられている。
−前記最大認定再生電流値は、
前記第２の最大モジュール電圧が第１のモジュール電圧閾値より小さいときは第１の上側再生電流値に等しく、
前記第２の最大モジュール電圧が前記第１のモジュール電圧閾値以上であり、かつ前記第１の最大セル電圧が第１のセル電圧閾値より小さいときは第２の中間再生電流値に等しく、
前記第１の最大セル電圧が前記第１のセル電圧閾値以上かつ第２のセル電圧閾値未満であり、かつ前記第２の最大モジュール電圧が第２のモジュール電圧閾値より小さいときは第３の下側再生電流値に等しく、
前記第１の最大セル電圧が前記第２のセル電圧閾値以上であるか、または前記第２の最大モジュール電圧が前記第２のモジュール電圧閾値以上のときはゼロとなるように前記第２の手段によって計算され、
前記第１のセル電圧閾値は、前記第２のセル電圧閾値より小さく、前記第１のモジュール電圧閾値は、前記第２のモジュール電圧閾値より小さい。
−前記最大認定放電電流値は、
前記第４の最小モジュール電圧が第３のモジュール電圧閾値以上かつ第４のモジュール電圧閾値未満であり、かつ前記第３の最小セル電圧が第３のセル電圧閾値以上かつ第４のセル電圧閾値未満のときは第１の中間放電電流値に等しく、
前記第３の最小セル電圧が前記第４のセル電圧閾値より大きく、かつ前記第４の最小モジュール電圧が前記第４のモジュール電圧閾値より大きいときは第２の上側放電電流値に等しく、
上記以外のときはゼロとなるように前記第２の手段によって計算される。
−前記最大許容再生電流値は、
前記第５の最高モジュール温度が第１のモジュール温度閾値より低いときは第４の上側再生電流値に等しく、
前記第５の最高モジュール温度が前記第１のモジュール温度閾値以上かつ第２のモジュール温度閾値未満のときは、値が前記第４の上側再生電流値以下かつ第５の下側再生電流値以上である、前記第５の最高モジュール温度の減少関数に等しく、
上記以外のときは、正またはゼロである前記第５の下側再生電流値に等しくなるように前記第２の手段によって計算される。
−前記最大許容放電電流値は、
前記第５の最高モジュール温度が第１のモジュール温度閾値より低いときは第４の上側放電電流値に等しく、
前記第５の最高モジュール温度が前記第１のモジュール温度閾値以上かつ第２のモジュール温度閾値未満のときは前記第５の最高モジュール温度の減少関数に等しく、この関数の値は前記第４の上側放電電流値以下かつ第５の下側放電電流値以上であり、
上記以外のときは前記第５の下側放電電流値に等しく、それは正またはゼロであるように前記第２の手段によって計算される。
−前記第５の最高モジュール温度の前記減少関数は、線形である。
−前記第２の手段は、前記放電電流および／または再生電流のために、最大認定値および最大許容値の両方を計算するために設けられ、
前記パックの前記最大放電および／または再生電流限界値は、前記最大認定値と前記最大許容値のうちの最大値である。
−前記バッテリは、各セルの電圧を測定する手段および／または各モジュールの温度を測定する手段を備える。
−前記バッテリは、モジュールの少なくとも２つの異なる領域においてモジュール温度を測定する手段を備え、前記測定されたモジュールの温度は、前記モジュールの前記領域の前記温度のうちの最高値である。
−前記送信手段は、外部との通信のためにネットワークとのインタフェースを備える。
−前記セルは、薄膜の組立品によって作られている。
−前記セルは、２０℃を超える公称動作温度を有する。
−前記セルは、リチウム・金属・ポリマ型である。
−各モジュールは、そのセル群を２０℃を超えるその公称動作温度まで加温する少なくとも１つのユニットをさらに備える。
本発明の第２の主題は、トラクションモータ駆動装置と、前記トラクションモータ駆動装置に少なくとも一時的に電力を供給する上記の少なくとも１つのバッテリとを備える自動車であって、前記トラクションモータ駆動装置は、前記バッテリの前記送信手段によって送信される、前記パックの前記最大放電および／または再生電流限界値に関する情報を受信する手段を有するスーパーバイザを備えることを特徴とする。
本発明は添付の図面を参照しながら以下の説明を読むことによってよりよく理解されるが、説明は非限定的な例として提示されるにすぎない。
図１は、本発明に係るバッテリのモジュール群の相互接続を概略的に示す図である。 図２は、図１によるバッテリ・モジュールを概略的に示す図である。 図３は、本発明に係るモジュール内の最大および最小セル電圧を取得する方法のフローチャートである。 図４は、本発明に係るすべてのモジュールに対する最大セル電圧、最小セル電圧、および最大モジュール電圧を取得する方法のフローチャートである。 図５は、本発明に係る電圧値に応じて電流を自動的に適応させる方法のフローチャートである。 図６は、本発明に係る最大認定再生電流値のグラフである。 図７は、本発明に係る最大認定放電電流値のグラフである。 図８は、本発明に係る全モジュールの最高温度を取得する方法のフローチャートである。 図９は、本発明に係る温度値に応じて電流を自動的に適応させる方法のフローチャートである。 図１０は、本発明に係る最大許容電流値のグラフである。
以下、図に示した実施形態を参照しながら本発明について説明する。その実施形態において、セルは例えばリチウム・金属・ポリマの形態で薄膜を組み立てる（assemble）ことによって作られる。それらの薄膜の合計厚さは例えば３００ミクロン未満であり、例えば約１５０ミクロンである。セルは２０℃より高い公称動作温度を有し、リチウム・金属・ポリマ技術については例えば９０℃である。
以下の説明において、バッテリ・モジュールは直列構成である。図中、バッテリＢはｎ個のモジュール１、２、３、４、……、ｎ−１、ｎを備え、以下では一般にこれをｊによって示す。各モジュールｊは、直列に接続された同数ｍ個の同等の再充電可能かつ放電可能なセル１０と、そのセル１０を制御するユニット２０とを備えている。図２において、この制御ユニット２０は例えば電子カードの形態である。
各モジュールｊのユニット２０は、直列に組み合わされたセル１０群の両端に接続される２つの端子２３と２４とを備え、それらの端子を通して、セル１０から流れる放電電流およびセル１０へと流れる再生電流が供給される。モジュールｊの高電圧端子２４は、モジュールｊとモジュールｊ＋１とを直列に配置するために、例えば十分に大きな断面積を有する金属棒などの電力導体を介して次のモジュールｊ＋１の低電圧端子２３に接続される。バッテリは２つの外部端子を備え、そのうちの一方はすべてのモジュールの最低電圧端子２３に接続され、他方はすべてのモジュールの最高電圧端子２４に接続される。これらの外部端子の両方は、消費装置に電流を供給するために消費装置の２つの端子に接続されることを意図したものである。
図２に示される実施形態において、各モジュールｊは、そのユニット２０の中に、関連する各セル１０の端子における電圧を測定するユニット２５を備える。さらに、モジュールｊはそれぞれ、そのユニット２０の中に、モジュールの温度を異なる場所において測定する１つ以上のユニット２６と２７であって、例えばモジュールの外壁領域における温度を測定するユニット２６と、モジュールの中央領域における温度を測定するユニット２７などを備える。ユニット２５、２６、および２７の電圧測定値と温度測定値は、例えばマイクロコントローラを含む、ユニット２０の計算ユニット２８へと処理のために送られる。ユニット２８にはランダムアクセスメモリ３１とバックアップメモリ３２が設けられている。さらに、各モジュールｊはそのセル１０をその公称動作温度に加熱するために加熱ユニットもしくはプレート３３を備え、それらの加熱プレート３３には、加熱のための電流が、消費装置に接続された、セルの放電もしくは再生のための端子２３および２４を介して供給される。各加熱ユニット３３には、加熱ユニットのいずれか１つを加熱もしくは選択的に切断できるように、加熱スイッチ３４が直列に設けられている。各加熱ユニット３３には、公称動作温度を超える過剰温度の場合にそれを保護するように、温度ヒューズ（heat fuse）３５も直列に設けられている。
モジュールｊ群は、バッテリ内部の例えばＣＡＮタイプ、すなわち多重化ネットワーク、の二次通信ネットワーク３０を経由して１つにつなげられている。モジュールの１つ、例えばモジュール１はマスタであって二次通信ネットワーク３０の制御を担うのに対し、それ以外のモジュール２、３、……、ｎ−１、ｎはこのマスタ・モジュールのスレーブである。そのために、マスタおよびスレーブ・モジュールのそれぞれは、二次ネットワーク３０と通信するための通信インタフェース２９を備えている。
さらに、マスタ・モジュール１は、バッテリＢの外部と通信する一次通信ネットワーク４０、例えばＣＡＮタイプのもの、とのもう１つのインタフェース３９を備える。電気自動車もしくはハイブリッド自動車（motor vehicle）に搭載されるトラクションモータ駆動装置によって形成される電気消費体（electric consumer）によってバッテリＢが使用される場合、このトラクション・チェーンのスーパーバイザＳＶＥも、一次ネットワーク４０に接続されるインタフェース４１を備えている。
一次通信ネットワーク４０と二次通信ネットワーク３０の両者の分離は、論理的または物理的な観点から考えることができる。言い換えると、それらのネットワークの両方は相互接続してもよいし、しなくてもよい。各スレーブ・モジュールはその測定値を二次ネットワーク３０経由でマスタ・モジュールに送信する前にその測定値の完全性をチェックする。後述する実施形態において、各スレーブ・モジュール２、３、４、……、ｎ−１、ｎは、図３に示す、電圧を取得する手続きを実行する。
バッテリは、パックの最大放電および／または再生電流限界値を計算する手段を備える。これについては後述のとおりである。パックの最大放電電流限界値および／またはパックの最大再生電流限界値は、送信手段によって外部に送信される。例えば端子２３および２４に接続される必要がある装置によってバッテリの外部で使用されるように、パックの最大放電電流限界値および／またはパックの最大再生電流限界値に関する情報は外部に送信される。送信手段は、例えばインタフェース３９を使用する。
ステップＥ１において、スレーブ・モジュールのユニット２８は、測定値のポーリングの開始を起動する入力信号を受信する。
次に、ステップＥ２において、ポーリング先のセルのインデクス値ｉがセルの個数ｍに初期化される。
ステップＥ３において、ユニット２５がセル１０ｉの両端子の電圧Ｖｉを測定し、このセル電圧測定値Ｖｉを同スレーブ・モジュールのユニット２８に送る。
次に、ステップＥ４において、ユニット２８は、ステップＥ３で測定されたセル電圧Ｖｉが、ステップＥ２において事前に初期化された、モジュールの最小セル電圧VcellMinより小さいかどうかを検査する。ステップＥ４でＹＥＳの場合、モジュールの最小セル電圧VcellMinは測定されたセル電圧の値Ｖｉになり、ステップＥ５においてこの値Ｖｉが保存される。ステップＥ４でＮＯの場合およびＥ５の終了後は、ステップＥ６に進む。
ステップＥ６において、同スレーブ・モジュールのユニット２８は、ステップＥ３で測定されたセル電圧Ｖｉが、ステップＥ２において初期化された、モジュールの最大セル電圧VcellMaxより大きいかどうかを検査する。ステップＥ６でＹＥＳの場合、モジュールのこの最大セル電圧VcellMaxはステップＥ３で測定されたセル電圧の値Ｖｉになり、ステップＥ７においてこの値Ｖｉが保存される。ステップＥ６でＮＯの場合およびステップＥ７の終了後は、ステップＥ８に進む。このステップでは、セルのインデクス値ｉが１単位減らされる。
次に、ステップＥ９において、ユニット２８は、セル１０１、１０２、……、１０ｍのｍ個の電圧Ｖ１、Ｖ２、……、Ｖｍのすべてをポーリングし終えたかどうか、すなわち、ステップＥ８の終了後にｉが１に等しいかどうかを検査する。ステップＥ９でＮＯの場合、次のセルの電圧Ｖｉの測定に向けて再びステップＥ３に進む。ステップＥ９でＹＥＳの場合、ユニット２８はステップＥ１０において同モジュールの電圧VModを取得する。このモジュール電圧VModは、例えばこのモジュールの全セルの電圧Ｖ１、Ｖ２、……、Ｖｍの和に等しい。次に、ステップＥ１１において、同スレーブ・モジュールのユニット２８は、モジュールの最小セル電圧VcellMin、モジュールの最大セル電圧VcellMax、およびモジュールの電圧VModを二次通信ネットワーク３０経由でマスタ・モジュール１に送る。マスタ・モジュール１は、そのセル群の最小電圧VcellMin、そのセル群の最大電圧VcellMax、およびそのモジュール電圧VModを決定するために同様の操作Ｅ２〜Ｅ１０を実行する。
次に、マスタ・モジュール１のユニット２８は、バッテリのすべてのセル１０における第１の最大セル電圧VcellMaxPack、バッテリのすべてのモジュール１、２、……、ｎにおける第２の最大モジュール電圧VmodMaxは、バッテリのすべてのセル１０における第３の最小セル電圧VcellMinPack、およびバッテリのすべてのモジュール１、２、……、ｎにおける第４の最小モジュール電圧VmodMinを計算するため、図４に従った電圧の取得および仕分けのためのアルゴリズムを実行する。
ステップＥ２１において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、ステップＥ１による、スレーブ・モジュール２、３、……、ｎのポーリングの開始を起動する入力信号をネットワーク３０経由で送信する。
次に、ステップＥ２２において、変数ｊがモジュールの個数ｎに初期化される。
その後、ステップＥ２３において、マスタ・モジュール１およびスレーブ・モジュール２、……、ｎは、図３を参照して上述した内容に従い、モジュール１、２、……、ｎのｎ個の最小セル電圧VcellMin、モジュール１、２、……、ｎのｎ個の最大セル電圧VcellMax、およびモジュール１、２、……、ｎのｎ個のモジュール電圧VModを取得する。それらはマスタ・モジュール１に送られる。
次に、ステップＥ２４において、変数VcellMinj、VcellMaxj、およびVmodjは、ｊ番目の最小セル電圧VcellMin、ｊ番目の最大セル電圧VcellMax、およびｊ番目のモジュール電圧VModに等しくされる。
ステップＥ２５において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最小セル電圧変数VcellMinjが、ステップＥ２３においてすでに初期化されてマスタに保存されている最小セル電圧VcellMinPackより小さいかどうかを検査する。ステップＥ２５でＹＥＳの場合、最小セル電圧VcellMinPackはステップＥ２６において変数VcellMinjに等しくされ、保存される。ステップＥ２５でＮＯの場合およびＥ２６の終了後は、ステップＥ２７に進む。
ステップＥ２７において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最大セル電圧変数VcellMaxjが、ステップＥ２３においてすでに初期化されてマスタ・モジュール１に保存されている最大セル電圧VcellMaxPackより大きいかどうかを検査する。ステップＥ２７でＹＥＳの場合、最大セル電圧VcellMaxPackはステップＥ２８において変数VcellMaxjの値になり、保存される。ステップＥ２７でＮＯの場合およびＥ２８の終了後は、ステップＥ２９に進む。
ステップＥ２９において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、モジュール電圧変数Vmodjが、ステップＥ２３において事前に初期化されてマスタ・モジュール１に保存されている最小モジュール電圧VmodMinより小さいかどうかを検査する。
ステップＥ２９でＹＥＳの場合、最小モジュール電圧VmodMinはステップＥ３０において変数Vmodjの値になり、保存される。ステップＥ２９でＮＯの場合およびステップＥ３０の終了後は、ステップＥ３１に進む。
ステップＥ３１において、マスタ・モジュールのユニット２８は、モジュール電圧変数Vmodjが、ステップＥ２３において事前に初期化されてマスタ・モジュール１に保存されている最大モジュール電圧VmodMaxより大きいかどうかを検査する。ステップＥ３１でＹＥＳの場合、最大モジュール電圧VmodMaxはステップＥ３２において変数Vmodjの値になり、保存される。ステップＥ３１でＮＯの場合およびステップＥ３２の終了後は、ステップＥ３３に進む。
ステップＥ３３では、モジュール・インデクス値ｊが１単位減らされる。
次に、ステップＥ３４において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、モジュール・インデクス値ｊが０に等しいかどうかを検査する。ステップＥ３４でＹＥＳの場合、電流の値を計算する後述のアルゴリズムＥ３５に進む。ステップＥ３４でＮＯの場合、処理はステップＥ２４に戻る。
以下、アルゴリズムＥ３５について図５、図６、および図７を参照して説明する。
図５および図６において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、パックの再生電流の最大認定（authorized）値Iaut-regを、最大セル電圧VcellMaxPackおよび最大モジュール電圧VmodMaxの関数として計算する。この計算は、マスタ・モジュール１のユニット２８に事前記録された電流特性を基に実施される。このように、マスタ・モジュール１のユニット２８には、最大認定再生電流値の事前記録された特性が存在し、それは最大認定放電電流値の事前記録された特性とは異なっている。
以下に、電流特性を例えば値の関数、グラフ、または表として示す。電流特性はバッテリの固有なパラメータ、特にセルの固有なパラメータから決まるものである。
最大認定再生電流値Iaut-regは、ステップＥ４１において所定の上側再生電流値I3regに初期化される。
次に、ステップＥ４２において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最大モジュール電圧VmodMaxが第１の閾値Vmod1以上かどうかを検査する。ステップＥ４２でＹＥＳの場合、最大認定再生電流値Iaut-regはステップＥ４３において所定の第２の中間再生電流値I2regになる。ステップＥ４２でＮＯの場合およびステップＥ４３の終了後は、ステップＥ４４に進む。
ステップＥ４４において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最大セル電圧VcellMaxPackが第１のセル電圧閾値Vcell1以上かどうかを検査する。ステップＥ４４でＹＥＳの場合、最大認定再生電流値Iaut-regはステップＥ４５において下側再生電流値I1regになる。ステップＥ４４でＮＯの場合およびステップＥ４５の終了後は、ステップＥ４６に進む。
ステップＥ４６において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最大モジュール電圧VmodMaxが第２のモジュール電圧閾値Vmod2以上かどうかを検査する。ステップＥ４６でＹＥＳの場合、最大認定再生電流値Iaut-regはステップＥ４７においてゼロ値になる。
ステップＥ４６でＮＯの場合はステップＥ４８に進み、そのステップにおいてマスタ・モジュール１のユニット２８は、最大セル電圧VcellMaxPackが第２のセル電圧閾値Vcell2以上かどうかを検査する。ステップＥ４８でＹＥＳの場合はステップＥ４７に進む。ステップＥ４８でＮＯの場合およびステップＥ４７の終了後は、ステップＥ４９に進む。
図６に示すように、第１のモジュール電圧閾値Vmod1は、第２のモジュール電圧閾値Vmod2より低い。第１のセル電圧閾値Vcell1は、第２のセル電圧閾値Vcell2より低い。横軸は上側に最大セル電圧VcellMaxPackを、また下側に最大モジュール電圧VmodMaxを示す。
下側再生電流値I1regは中間再生電流値I2regより小さく、またそれ自身は上側再生電流値I3regより小さい。縦軸は、最大認定再生電流値Iaut-regをパーセンテージで表したものである。ある例示的実施形態では、
ｎ＝１０モジュール、
ｍ＝１モジュール当たり１２セル、
I3reg＝１００％、
I2reg＝５０％、
I1reg＝１２％、
Vcell1＝３．３５ボルト、
Vcell2＝３．４ボルト、
Vmod1＝３６ボルト、
Vmod2＝４０ボルトである。
マスタ・モジュール１のユニット２８は、パックの最大認定放電電流値Iaut-deを、最小セル電圧VcellMinPackおよび最小モジュール電圧VmodMinの関数として計算する。これについては、図５および図７を参照して以下に説明するとおりである。
ステップＥ４９において、最大認定放電電流値Iaut-deはゼロ値に初期化される。
次に、ステップＥ５０において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最小モジュール電圧VmodMinが第３のモジュール電圧閾値Vmod3以上かどうかを検査する。
ステップＥ５０でＹＥＳの場合はステップＥ５１に進み、そのステップにおいてマスタ・モジュール１のユニット２８は、最小セル電圧VcellMinPackが第３のセル電圧閾値Vcell3以上かどうかを検査する。
ステップＥ５１でＹＥＳの場合、最大認定放電電流値Iaut-deはステップＥ５２において中間放電電流値I1deになる。
次に、ステップＥ５３において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最小モジュール電圧VmodMinが第４のモジュール電圧閾値Vmod4以上かどうかを検査する。
ステップＥ５３でＹＥＳの場合はステップＥ５４に進み、そのステップにおいてマスタ・モジュール１のユニット２８は、最小セル電圧VcellMinPackが第４のセル電圧閾値Vcell4以上かどうかを検査する。
ステップＥ５４でＹＥＳの場合、最大認定放電電流値Iaut-deはステップＥ５５において上側値I2deになる。ステップＥ５０、Ｅ５１、Ｅ５３、およびＥ５４でＮＯの場合ならびにステップＥ５５の終了後は、最終ステップＥ５６に進む。
図７において、横軸は上側に最小セル電圧VcellMinPackを、また下側に最小モジュール電圧VmodMinを示す。第３のセル電圧閾値Vcell3は、第４のセル電圧閾値Vcell4より低い。第３のモジュール電圧閾値Vmod3は、第４のモジュール電圧閾値Vmod4より低い。VcellMaxPack＝Vcell4、かつVmodMax＝Vmod4の場合、Iaut-reg＝I3regである。これについては図６に示すとおりである。
縦軸は、最大認定放電電流値Iaut-deをパーセンテージで表したものである。中間放電電流値I1deは０より大きく、かつ上側放電電流値I2deより小さい。ある例示的実施形態では、
ｎ＝１０モジュール、
ｍ＝１モジュール当たり１２セル、
I2de＝１００％、
I1de＝５０％、
Vcell3＝１．８ボルト、
Vcell4＝２．２ボルト、
Vmod3＝２１ボルト、
Vmod4＝３０ボルトである。
マスタ・モジュール１は、温度の取得および仕分けのためのアルゴリズムも実行する。これについて図８を参照しながら以下に説明する。
ステップＥ６１において、マスタ・モジュールのユニット２８は、スレーブ・モジュール群のポーリングの開始を起動する入力信号を発信する。
次に、ステップＥ６２において、ポーリング先のモジュールの番号ｊがｎに初期化される。
次のステップＥ６３において、マスタ・モジュールのユニット２８は、温度Ｔ１およびＴ２を測定するためにユニット２６と２７によって提供される情報から、最高温度Tmaxを取得する。最高モジュール温度Tmaxはマスタ・モジュール１の温度Tmax1に初期化され、マスタ・モジュール１（the latter）によって保存される。
次に、ステップＥ６４において、スレーブ・モジュールｊの最高温度Tmaxjがスレーブ・モジュールｊ（the latter）のユニット２８によって取得され、二次通信ネットワーク３１を経由してマスタ・モジュール１のそれに送られる。
次に、ステップＥ６５において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、モジュールｊの最高温度Tmaxjが最高温度TMaxより大きいかどうかを検査する。ステップＥ６５でＹＥＳの場合、最高温度TMaxはステップＥ６６においてモジュールｊの最高温度Tmaxjの値になり、保存される。ステップＥ６５でＮＯの場合およびステップＥ６６の終了後は、ステップＥ６７に進み、そのステップにおいてモジュール・インデクス値ｊが１単位減らされる。
次に、ステップＥ６８において、マスタ・モジュールのユニット２８は、すべてのモジュールをポーリングし終えたかどうか、すなわち、インデクス値ｊが０に等しいかどうかを検査する。ステップＥ６８でＹＥＳの場合は最終ステップＥ６９に進む。ステップＥ６８でＮＯの場合はステップＥ６４に戻る。
マスタ・モジュール１のユニット２８は、その後、事前記録された電流特性を基に、最大許容（admissible）再生電流値Iad-regおよび最大許容放電電流値Iad-deを最高モジュール温度TMaxの関数として計算する。そのために、最大許容放電電流値の事前記録された特性および最大許容再生電流値の事前記録された特性が存在する。これについては、図９および図１０を参照しながら一例として以下に説明するとおりである。これらの、最大許容放電電流値特性および最大許容再生電流値特性は、例えば最高モジュール温度TMaxの減少連続関数である。
図１０において、これらの最大許容再生電流値Iad-regおよび最大許容放電電流値Iad-deは、第１の温度閾値T_Imaxから第２の温度閾値Ｔ３まで線形の形＝ａ×TMax＋ｂを有している。第１の温度閾値T_Imax以下において、最大許容再生電流値Iad-regおよび最大許容放電電流値Iad-deは、第４の上側再生電流値Imax-regおよび第４の上側放電電流値Imax-deにそれぞれ等しい。第２の温度閾値Ｔ３以上において、最大許容再生電流値Iad-regおよび最大許容放電電流値Iad-deは、第５の下側再生電流値I_Tmax-regおよび第５の下側放電電流値I_Tmax-deにそれぞれ等しい。
図９において、係数ａとｂ、および第４の上側値Imax-regとImax-deがステップＥ７１において初期化される。
次に、電流制限係数Climの計算に関与する２つの係数ｃおよびｄがあり、ステップＥ７２において初期化される。一般に、ｄ／ｃ＝ｂ／ａである。
次に、ステップＥ７３において、最大許容再生電流値Iad-regは第４の上側値Imax-regに初期化され、また最大許容放電電流値Iad-deは第４の上側値Imax-deに初期化される。
その後、ステップＥ７４において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最高モジュール温度TMaxが第１の温度閾値T_Imax以上かどうかを検査する。
ステップＥ７４でＹＥＳの場合、マスタ・モジュールのユニット２８はステップＥ７５に進む。
ステップＥ７５において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最高モジュール温度TMaxが第２の温度閾値Ｔ３以上かどうかを検査する。
ステップＥ７５でＮＯの場合、マスタ・モジュールのユニット２８は以下を計算する。
・次式による最大許容再生電流値Iad-reg：
Iad-reg＝ａ×Tmax＋ｂ、
・次式による最大許容放電電流値Iad-de：
Iad-de＝ａ×Tmax＋ｂ、および
・次式による電流制限係数Clim：
Clim＝ｃ×Tmax＋ｄ
係数ａおよびｂは、例えば等しい上側決定値Imax-regおよびImax-deに対して定められている。
ある例示的実施形態では、Imax-reg＝Imax-de＝２３０Ａに対し、
ａ＝−２１およびｂ＝２３３０であり、温度は℃で表される。
制限係数Climは上側値Imax-reg＝Imax-de＝１Ａに対応し、上記の例示的実施形態では、
ｃ＝０．０９１３
ｄ＝１０．１３
に対応する。
ステップＥ７６の終了後、マスタ・モジュール１のユニット２８はステップＥ７７において、最大許容再生電流値Iad-regが第４の値Imax-regより大きいかどうかを検査する。ステップＥ７７でＹＥＳの場合、最大許容再生電流値Iad-regはステップＥ７８において第４の上側値Imax-regに等しくされる。ステップＥ７７でＮＯの場合およびステップＥ７８の終了後は、ステップＥ７９に進む。
ステップＥ７９において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最大許容放電電流値Iad-deが第４の上側値Imax-deより大きいかどうかを検査する。ステップＥ７９でＹＥＳの場合、最大許容放電電流値Iad-deはステップＥ８０において第４の上側値Imax-deに等しくされる。ステップＥ７９でＮＯの場合およびステップＥ８０の終了後は、ステップＥ８１に進む。
ステップＥ８１において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最大許容再生電流値Iad-regが第５の下側再生電流値I_Tmax-regより小さいかどうかを検査する。ステップＥ８１でＹＥＳの場合、最大許容再生電流値Iad-regはステップＥ８２において第５の下側再生電流値I_Tmax-regに等しくされる。ステップＥ８１でＮＯの場合およびステップＥ８２の終了後は、ステップＥ８３に進む。
ステップＥ８３において、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最大許容放電電流値Iad-deが第５の下側放電電流値I_Tmax-deより小さいかどうかを検査する。ステップＥ８３でＹＥＳの場合、最大許容放電電流値Iad-deはステップＥ８４において第５の下側放電電流値I_Tmax-deに等しくされる。ステップＥ８３でＮＯの場合およびステップＥ８４の終了後は、終了ステップＥ８５に進む。
また、ステップＥ７４でＮＯの場合も終了ステップＥ８５に進む。
ステップＥ７５でＹＥＳの場合はステップＥ８６に進み、そのステップにおいて、最大許容再生電流値Iad-regは第５の下側再生電流値I_Tmax-regに等しくされ、最大許容放電電流値Iad-deは第５の下側放電電流値I_Tmax-deに等しくされる。
当然ながら、マスタ・モジュール１は再生電流について最大認定値Iaut-regのみ、または最大許容値Iad-regのみを計算するようにしてもよく、その場合、その最大値が再生電流に対する最大限界値になる。同様に、マスタ・モジュール１は放電電流について最大認定値Iaut-deのみ、または最大許容値Iad-deのみを計算するようにしてもよく、その場合、その最大値が最大放電電流限界値になる。
再生電流について最大認定値Iaut-regと最大許容値Iad-regの両方が計算される場合、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最大再生電流限界値を両最大値Iaut-regとIad-regのうちの最大値に決定する。
放電電流について最大認定値Iaut-deと最大許容値Iad-deの両方が計算される場合、マスタ・モジュール１のユニット２８は、最大放電電流限界値を両最大値Iaut-deとIad-deのうちの最大値に決定する。
マスタ・モジュール１のユニット２８は、最大認定値Iaut-regまたは最大許容値Iad-deに等しい最大再生電流限界値、ならびに最大認定値Iaut-deまたは最大許容値Iad-deに等しい最大放電電流限界値を与える。
最大再生電流限界値と最大放電電流限界値は、ステップＥ３６でマスタ・モジュール１のユニット２８によってインタフェース３９に送られ、バッテリの外部で使用可能な情報になる。これらの最大再生電流限界値および最大放電電流限界値は、例えば一次通信ネットワーク４０のインタフェース３９によってスーパーバイザＳＶＥへと転送される。

Claims (18)

  1. 直列に接続された複数の再充電可能なセル（１０）をそれぞれ含む複数のモジュールのパックを備え、少なくとも１つのセル（１０）の電圧および／または少なくとも１つのモジュールの温度を測定する手段（２５、２６、２７）をさらに備えるバッテリであって、
    前記測定手段（２５、２６、２７）によって測定された前記電圧および／または温度、ならびにバッテリの放電電流および／または再生電流の記録された特性に基づいて、前記パックの最大放電および／または再生電流限界値（Iaut-reg、Iad-reg；Iaut-de、Iad-de）を計算する手段と、
    前記パックの前記最大放電および／または再生電流限界値（Iaut-reg、Iad-reg；Iaut-de、Iad-de）に関する情報をバッテリの外部で使用されるように外部に送信する送信手段とを備えることを特徴とするバッテリ。
  2. 請求項１に記載のバッテリにおいて、
    前記複数のモジュールは、直列に接続され、
    前記計算手段からの記録された電流特性は、前記直列に接続された複数のモジュールに関係することを特徴とするバッテリ。
  3. 請求項１および２の何れか１つに記載のバッテリにおいて、
    前記バッテリは、
    各モジュールにおいてそのモジュールのいくつかのセルの電圧を測定する手段（２５）、および／または
    いくつかのモジュールの温度を測定する手段（２６、２７）を備え、
    前記計算手段は、
    第１の最大セル電圧（VcellMaxPack）、
    第２の最大モジュール電圧（VmodMax）、
    第３の最小セル電圧（VcellMinPack）、
    第４の最小モジュール電圧（VmodMin）、
    第５の最高モジュール温度（TMax）、
    から選択される少なくとも１つの第１極値量を、前記測定手段によって測定された前記電圧および／または温度から計算する第１の手段と、
    前記第１および／または第２の最大電圧（VcellMaxPack、VmodMax）に応じた最大認定パック再生電流値、
    前記第３および／または第４の最小電圧（VcellMinPack、VmodMin）に応じた最大認定パック放電電流値、
    前記第５の最高モジュール温度（TMax）に応じた最大許容パック再生電流値（Iad-reg）、
    前記第５の最高モジュール温度（TMax）に応じた最大許容パック放電電流値（Iad-de）、
    のうちの少なくとも１つの値を、前記パックの最大放電および／または再生電流限界値（Iaut-reg、Iad-reg；Iaut-de、Iad-de）として計算する第２の手段とを有することを特徴とするバッテリ。
  4. 請求項３に記載のバッテリにおいて、
    各モジュール（ｊ）は、前記第１の計算手段を備え、
    前記複数のモジュールの１つが、マスタ（１）である一方、
    それ以外のモジュールは、前記少なくとも１つの第１極値量を、前記モジュール（ｊ）を互いに接続する通信ネットワーク（３０）を経由して該マスタ・モジュール（１）に送信する該マスタ・モジュール（１）のスレーブであり、
    前記第２の計算手段と前記外部への送信手段は、前記マスタ・モジュール（１）に設けられていることを特徴とするバッテリ。
  5. 請求項３および４のいずれか１つに記載のバッテリにおいて、
    前記最大認定再生電流値（Iaut-reg）は、
    前記第２の最大モジュール電圧（VmodMax）が第１のモジュール電圧閾値（Vmod1）より小さいときは第１の上側再生電流値（I3reg）に等しく、
    前記第２の最大モジュール電圧（VmodMax）が前記第１のモジュール電圧閾値（Vmod1）以上であり、かつ前記第１の最大セル電圧（VcellMaxPack）が第１のセル電圧閾値（Vcell1）より小さいときは第２の中間再生電流値（I2reg）に等しく、
    前記第１の最大セル電圧（VcellMaxPack）が前記第１のセル電圧閾値（Vcell1）以上かつ第２のセル電圧閾値（Vcell2）未満であり、かつ前記第２の最大モジュール電圧（VmodMax）が第２のモジュール電圧閾値（Vmod2）より小さいときは第３の下側再生電流値（I1reg）に等しく、
    前記第１の最大セル電圧（VcellMaxPack）が前記第２のセル電圧閾値（Vcell2）以上であるか、または前記第２の最大モジュール電圧（VmodMax）が前記第２のモジュール電圧閾値（Vmod2）以上のときはゼロとなるように前記第２の手段によって計算され、
    前記第１のセル電圧閾値（Vcell1）は、前記第２のセル電圧閾値（Vcell2）より小さく、
    前記第１のモジュール電圧閾値（Vmod1）は、前記第２のモジュール電圧閾値（Vmod2）より小さいことを特徴とするバッテリ。
  6. 請求項３〜５の何れか１つに記載のバッテリにおいて、
    前記最大認定放電電流値（Iaut-de）は、
    前記第４の最小モジュール電圧（VmodMin）が第３のモジュール電圧閾値（Vmod3）以上かつ第４のモジュール電圧閾値（Vmod4）未満であり、かつ前記第３の最小セル電圧（VcellMinPack）が第３のセル電圧閾値（Vcell3）以上かつ第４のセル電圧閾値（Vcell4）未満のときは第１の中間放電電流値（I1de）に等しく、
    前記第３の最小セル電圧（VcellMinPack）が前記第４のセル電圧閾値（Vcell4）より大きく、かつ前記第４の最小モジュール電圧（VmodMin）が前記第４のモジュール電圧閾値（Vmod4）より大きいときは第２の上側放電電流値（I2de）に等しく、
    上記以外のときはゼロとなるように前記第２の手段によって計算されることを特徴とするバッテリ。
  7. 請求項３〜６の何れか１つに記載のバッテリにおいて、
    前記最大許容再生電流値（Iad-reg）は、
    前記第５の最高モジュール温度（TMax）が第１のモジュール温度閾値（T_Imax）より低いときは第４の上側再生電流値（Imax-reg）に等しく、
    前記第５の最高モジュール温度（TMax）が前記第１のモジュール温度閾値（T_Imax）以上かつ第２のモジュール温度閾値（Ｔ３）未満のときは、値が前記第４の上側再生電流値（Imax-reg）以下かつ第５の下側再生電流値（I_Tmax-reg）以上である、前記第５の最高モジュール温度の減少関数に等しく、
    上記以外のときは正またはゼロである前記第５の下側再生電流値（I_Tmax-reg）に等しくなるように前記第２の手段によって計算されることを特徴とするバッテリ。
  8. 請求項３〜７の何れか１つに記載のバッテリにおいて、
    前記最大許容放電電流値（Iad-de）は、
    前記第５の最高モジュール温度（TMax）が第１のモジュール温度閾値（T_Imax）より低いときは第４の上側放電電流値（Imax-de）に等しく、
    前記第５の最高モジュール温度（TMax）が前記第１のモジュール温度閾値（T_Imax）以上かつ第２のモジュール温度閾値（Ｔ３）未満のときは、値が前記第４の上側放電電流値（Imax-de）以下かつ第５の下側放電電流値（I_Tmax-de）以上である、前記第５の最高モジュール温度の減少関数に等しく、
    上記以外のときは、正またはゼロである前記第５の下側放電電流値（I_Tmax-de）に等しくなるように前記第２の手段によって計算されることを特徴とするバッテリ。
  9. 請求項７および８のいずれか１つに記載のバッテリにおいて、
    前記第５の最高モジュール温度の前記減少関数は、線形であることを特徴とするバッテリ。
  10. 請求項３〜９のいずれか１つに記載のバッテリにおいて、
    前記第２の手段は、前記放電電流および／または再生電流のために、最大認定値（Iaut-reg；Iaut-de）および最大許容値（Iad-reg；Iad-de）の両方を計算するために設けられ、
    前記パックの前記最大放電および／または再生電流限界値（Iaut-reg、Iad-reg；Iaut-de、Iad-de）は、前記最大認定値と前記最大許容値のうちの最大値であることを特徴とするバッテリ。
  11. 請求項１〜１０のいずれか１つに記載のバッテリにおいて、
    前記バッテリは、各セルの電圧を測定する手段（２５）および／または各モジュールの温度を測定する手段（２６、２７）を備えることを特徴とするバッテリ。
  12. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載のバッテリにおいて、
    前記バッテリは、モジュールの少なくとも２つの異なる領域においてモジュール温度を測定する手段（２６、２７）を備え、
    前記測定されたモジュールの温度は、前記モジュールの前記領域の前記温度（Ｔ１、Ｔ２）のうちの最高値であることを特徴とするバッテリ。
  13. 請求項１〜１２のいずれか１つに記載のバッテリにおいて、
    前記送信手段は、外部との通信のためにネットワーク（４０）とのインタフェース（３９）を有することを特徴とするバッテリ。
  14. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載のバッテリにおいて、
    前記セルは、薄膜の組立品によって作られていることを特徴とするバッテリ。
  15. 請求項１〜１４のいずれか１つに記載のバッテリにおいて、
    前記セルは、２０℃を超える公称動作温度を有することを特徴とするバッテリ。
  16. 請求項１〜１５のいずれか１つに記載のバッテリにおいて、
    前記セルは、リチウム・金属・ポリマ型であることを特徴とするバッテリ。
  17. 請求項１〜１６のいずれか１つに記載のバッテリにおいて、
    各モジュールは、そのセル群を２０℃を超えるその公称動作温度まで加熱する少なくとも１つのユニット（３３）をさらに有することを特徴とするバッテリ。
  18. トラクションモータ駆動装置と、前記トラクションモータ駆動装置に少なくとも一時的に電力を供給する請求項１〜１７のいずれか１つに記載の少なくとも１つのバッテリとを備える自動車であって、
    前記トラクションモータ駆動装置は、前記バッテリの前記送信手段によって送信される、前記パックの前記最大放電および／または再生電流限界値（Iaut-reg、Iad-reg；Iaut-de、Iad-de）に関する情報を受信する手段（４０、４１）を有するスーパーバイザ（ＳＶＥ）を備えることを特徴とする自動車。
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