JPH08506477A - 蓄電池パックのダイナミックな調整と監視の装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の監視装置は数個のバッテリパック（Ｂ１〜Ｂｎ）のバッテリに直列接続の各端子に交差して存在し、電気的な調整や監視する装置（２．１〜２．ｎ）である。電子装置のそれぞれは充電のときに前記バッテリがもはや他のバッテリと均衡とならない場合でのバッテリの電流の一部をなくし、かつ回避するための安定器を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 蓄電池パックのダイナミックな調整と監視の装置及び方法 本発明は、蓄電池パックのダイナミックな調整と監視の装置及び方法に関する 。 バッテリは実際的にバッテリのセットを覆うことでしばしばパックと呼ばれて いる。例えば、電気自動車で、「走行用バッテリ」は数十個のバッテリを含む。 これらのバッテリは特性で多種のものを示し、実際に最大容量、充電／放電の変 化、そして経年の年数に大いに影響する。 充電中に、バッテリのいくつかは、パックの端子にかつ単一の温度で全体の電 圧のみを測定する充電器によって検出され得ることなしに他より前に充電満杯に 達する。そして、充電が更に続けられていきすでに過充電されて充電満杯になっ たバッテリは、結局ガスを抜くことなり、充電の終了（充電電流が最小になった ときを終了とする）にバッテリのいくつかは充電が満杯となっていないことが起 こり得る。 放電中もその逆の問題点が生じる。バッテリは十分に充電されず、あるいは大 容量のバッテリ又はパックの全部の電圧のみを監視して電圧を検出することがで きるバッテリ制御器なしで充電が満杯に達せられる前に異なる容量（多種に製造 して）が十分な放電（ここでは鉛蓄電池の場合、プレートの不可逆の硫酸化によ って劣化する）に達する。バッテリの不 均衡は充電／放電のサイクルの数やバッテリの経年によって更に悪化する。 この現象を部分的に軽減するために、バッテリの製造は同じ車両のバッテリに 「整合」するしかないし、同じように関連してよって高価になり、不均衡という リスクを増やすことにもなり、かつ保守チェック中にパックの１つのバッテリが 充電されている時や、あるいはバッテリが古いときには更に問題点は解決できな い。 その不均衡が大電流を必要とすることによる電圧の急速な低下、異常な加熱、 あるいは危険なガス抜きを行うパックの特性に影響を及ぼす時、売った後のバッ テリのサービスは付与の消費にとって各バッテリのダイナミックな電圧での変化 をテストしなければならない。この理由は開放回路でのバッテリの端子における 電圧が少しも定常の特性でないからである。この動作は実際に長く、高価で、複 雑である走行用パックから各バッテリを切り離すことになり、電気自動車の発展 が沈滞することとなる。 バッテリの寿命を任意に伸ばすことは自動車の所有者にとって主な要望である 。これは１６０Ａ．ｈで６Ｖの走行用バッテリのコストが現在約１５００Ｆ（フ ラン）ぐらいに推定されるからである。 本発明はいくつものそのようなバッテリからなるパックでの個々のバッテリの 状態を監視するための方法であり、充電モード及び放電モードでの即座に検出で きるだけではなくてバッテリの容量が実際にパックの平均的な容量と異なること が少ない容量のバッテリに規則的に置き換えることなしでこの多種の影響を修正 する（ダイナミックな調整）ためであり、この方法はバッテリの容量が所定の閾 値より低く下がったとき使用者に警報を促し、かつ小さな容量のバッテリを管理 することができるものである。 また本発明はこの方法を実施する装置であり、その装置は安価で、簡単に使用 でき、信頼性のあるものである。 本発明に係る方法は、直列に接続された数個のバッテリを含むパックにおける 個々のバッテリの状態を監視する方法であって、各バッテリの端子における電圧 と温度が監視され、バッテリパックに充電中に、バッテリの各々の充電電流の少 なくとも一部は、端子の電圧及び／又は温度が過充電又は危険な状態を示すとき にバッテリの外部でなくすようにタップオフされ、あるいは充電及び放電モード で各バッテリの端子における電圧の時間に伴う充電とその温度は記録し、及び／ 又はアラームをトリガするために、パックでの多種のバッテリの間の可能な不均 衡を検出するために監視される。 数個のバッテリを含むパックにおける個々のバッテリの状態を監視する本発明 に係る装置は、各個別のバッテリの端子に、エネルギー消費安定器に直列な電流 センサと、セット電圧を受信してセンサに接続された比較器を含み、比較器の出 力が安定器を制御する。 更に、本発明は実施例の詳細な説明を読むことによってより理解され、限定さ れない例にも関連し、かつ下記の図面によって表されている。 図１は本発明に係る監視及び調整装置を示すブロック図である。 図２は図１の装置のダイナミック調整モジュールの一例を示すブロック図であ る。 図３は図１の装置の監視及び調整モジュールの一例を示すブロック図である。 図４及び図５は多種の放電電流における経年の異なる２つのバッテリの端子の 電圧特性の一例を示す図である。 本発明はすべてのバッテリが直列に接続されるモータ自動車の走行用バッテリ パックにおいて説明されているが、これに限定されないしこれらのバッテリのタ イプにかかわらず他の例にでも使用される。 バッテリ（又は特に蓄電池）はいくつもの端子を含むケースを意味していると 理解され、使用者（各構成要素の端子での電圧は鉛バッテリに対して約２Ｖであ る）にとって扱いにくく、２つの出力端子（＋と−）を含む。これらの端子での 公称電圧は通常６，１２Ｖ又は２４Ｖである。パックはいくつものそのようなバ ッテリを含み、通常直列に接続されている。車両の電気走行に対する提案の場合 ではこのパックを数十個のバッテリを含むこともある。 図１に示すパック１は連続参照番号Ｂ１〜Ｂｎを付与したｎ個のバッテリを含 む。電気的に監視及び調節する装置は各バッテリの端子に接続され、これらの電 子装置はそれぞれ２．１〜２．ｎと参照符号で付されている。装置２．１〜２． ｎの出力はすべてバッテリエネルギー制御部４（又バッ テリゲージと呼ばれている）に接続された共通ディジタル伝送線３に接続されて いる。この制御部４は好ましくは仏国特許出願第９３／０９７１３号明細書に開 示されたタイプのものである。各電子装置２．１〜２．ｎはそれぞれ参照符号５ ．１〜５．ｎが付されているダイナミックな調整モジュールと、それぞれ参照符 号６．１〜６．ｎが付されている監視及び調整モジュールを含む。 図２に示すものは５．ｉによって参照符号が付されたダイナミック調整モジュ ールのブロック図を示し、これらのモジュールすべては個別となっている。その モジュール５．ｉは同等のバッテリＢ．ｉの端子に接続されている。このモジュ ール５．ｉは電流センサ８．ｉに直列接続した安定器７．ｉを含み、この直列の 回路は直接バッテリＢ．ｉの端子に接続されている。その安定器７．ｉはこれが 必要となる時タップオフできる装置であり、電流Ｉの全てあるいは一部がバッテ リＢ．ｉに供給される。このタップオフ電流はｉによって表されている。その値 は０〜Ｉのレンジ範囲である。電流はバッテリＢ．ｉを介して通ったＩ−ｉに等 しい。その安定器７．ｉはこの電流ｉを消費でき、有効的に適切な冷却器を備え つけてある。 実施例において、そのバッテリ７．ｉは、特性がタップオフされるような電流 に、かつ端子における電圧に、そして消費される電力に対して適切である電力用 トランジスタである。 ダイナミック調整モジュール（及び結果として電力用トラ ンジスタ）はオン／オフ制御され（多種の周波数及び／又はサイクル比をもつ周 知の方法で供給される矩形波形電圧によって）、あるいは監視モジュール６．ｉ によって継続的に、そのモジュール５．ｉは自動的に熱消費容量を両立できる値 に対する電流を制限できるのである。消費される可変電流ｉを生成可能にする他 の装置であれば使用可能である。 その電流センサ８．ｉは任意の適切なタイプである。このセンサ８．ｉの出力 端子は比較器９．ｉに一方の入力端子に接続され、他方の入力端子には通信モジ ュール６．ｉ（図３に示すものである）のセット値の出力端子に接続されている 。 比較器９．ｉの出力端子は前記セット値とセンサ８．ｉによって測定された値 との間の差に基づいて後述する安定器７．ｉを制御する装置１０．ｉに接続され ている。 有効的には、モジュール５．ｉは安定器７．ｉとセンサ８．ｉと直列であって 、比較器９．ｉの一方の入力端子に接続されている安全装置１１．ｉを含む。こ の装置１１．ｉは安定器７．ｉの短絡回路からバッテリＢ．ｉを保護し、安定器 ７．ｉの消費容量と両立できる最大値に電流ｉを制限し、安定器７．ｉ及びセン サ８．ｉを介して逆流からの電流（電流ｉの方向と反対の方向での電流）を防ぐ 。そのような安全装置の構成は本発明の明細書を読めば当業者であれば容易に理 解できる。 図３に示すモジュール６．ｉは入力側においてバッテリＢ．ｉに相当する端子 における電圧を測定する装置１３．ｉ に、かつバッテリの温度（ケースの温度、２つの端子の温度、あるいは電解液又 は電解板の温度）を測定する装置１４．ｉに接続されるマイクロコントローラ１ ２．ｉ（又は簡単な装置）を少なくとも含む。マイクロコントローラ１２．ｉの 一方の出力は比較器９．ｉに前記セット値を伝送するＤ／Ａ変換器１５．ｉに接 続されている。この変換器１５．ｉはこのセット値を供給できる任意の装置によ って置き換えて可能である。更に、マイクロコントローラ１２．ｉは使用される センサ１３．ｉと１４．ｉに対する特定のデータを示すためであって「真理」値 に変換されるように伝送する値を可能とする換算表を含む読出し専用メモリ１６ ．ｉ（例えばＥＥＰＲＯＭ）に接続されている。そして、これらのセンサは特性 の変化及び不正確さを考慮して測定される。結果的に、余り精密でなく、（再生 できるが）余り高価でないセンサモジュールとして使用できる。またメモリ１６ ．ｉはバッテリの連続の数のような他の情報も記憶できる。 マイクロコントローラ１２．ｉの一方の出力は伝送線３にＤＣ分離装置１６． ｉを介して接続されている。この装置１６．ｉは例えばオプトカプラ又はパルス 変成器である。このＤＣ分離は多種のバッテリが異なる浮動電位、パックでの多 種のバッテリの端子での電圧の和からの高い電圧である必要がある。 またマイクロコントローラ１２．ｉはいくつものリード線のセット線１７．ｉ を介して二進化装置に接続され、更にバッテリＢ．ｉの負極に接続されているリ ード線１９．ｉに接 続されている（他にリード線１９．ｉはバッテリの正極に接続されていてもよい ）。この符号化装置は車両にバッテリを備えつけることにより各バッテリに「真 」（ロジックアドレス）を示すことができ、そしてパックでのバッテリのそれぞ れを識別するためにコントローラ４を実現できる。その符号化装置１８．ｉは例 えば図面に示すようにセット線１７．ｉのいくつものリード線とリード線１９． ｉとの間のカットテーブルリンク２０．ｉを含み、セット線１７．ｉは６個リー ド線（符号化される最大で２⁶＝６４個のバッテリのアドレスを可能とする）を 含む。もちろん、装置１８．ｉは他の適切な方法でも構成され得る。 また図３の装置は、バッテリＢ．ｉの端子に接続されてこの装置６．ｉの多種 の回路に電力を供給する調整可能な電力供給装置２１．ｉを含む。 その装置の動作の説明を以下にする。 パックが充電されるとき、コントローラ４は例えば定期的にバッテリの端子の 電圧やバッテリの温度を測定するコマンドをモジュール６．１〜６．ｎのすべて にライン３を介して送る。モジュール６．１〜６．ｎの応答はレスポンスによっ てかつこれらのモジュールのそれぞれの伝達遅延とランダム値でコントローラ４ に達する。これらのレスポンスはバッテリのアドレス（符号化器１８に相当する 手段によって供給される）によって伴われた要求され測定された値を含む。 パックのバッテリＢ．１〜Ｂ．ｎのすべてが同一の特性であるときそれらは同 じ充電電流ですべて充電される（これは 通常これらのバッテリが新しい場合である）。バッテリの充電電流Ｉを伝送する 装置は適切な値にこの電流を調節することが明らかであり、充電が完了するとき ０になるようにこの電流は減少する。 もし、バッテリの経年の結果で、同じバッテリの容量が他のものに比べて明ら かに低くなる場合には本発明の装置は不均衡を修正するために、かつ容量を超過 しないように実際の容量に対して多種のバッテリを充電するために使用される。 この理由は、容量で減少する結果低い容量のバッテリの端子における電圧が他 のバッテリの端子においてより充電の終了時により早く増加するためである。こ のより早い増加を検知するときコントローラ４は変換器１５．ｉを介してモジュ ール６．ｉに異なるセット値を送り、このセット値は安定器７．ｉがオンに切り 替わる効果を有する（この安定器は通常バッテリの容量が修正値を有する時にオ フに切り換わる）。そしてこの安定器は電流Ｉの一部（ｉ）をタップオフし、少 ない容量のバッテリを過充電することができないようにし、一方同じ時間でより 高い値に多い容量のバッテリを充電する。 簡単な構成にするためにパック内の１つのバッテリは１５０Ａ．ｈの容量を有 して他のものは１６０Ａ．ｈと推定されるでしよう。これらの他のバッテリの充 電時間は１０時間、すべてのバッテリは充電前に十分に放電されることと推定さ れるでしよう。そしてバッテリは充電時間を通して電流ｉ＝１Ａをタップオフし て、少ない容量のバッテリが所定の対象 （１６０Ａ．ｈ−１５０Ａ．ｈ＝１０Ａ．ｈ）である他のバッテリより１０Ａ． ｈを受信する。そしてこのバッテリの過熱や経年の加速は防止される。 もちろん、コントローラ４は多種のバッテリ容量（又はこれらの容量に比例し た値）を格納し、例えば使用者に対して大変高速減少及び／又はこれらの容量の ある閾値より低い減少を示す。使用者はもし必要ならば欠陥バッテリを簡単に識 別でき交換もできる。 前述した方法として、コントローラ４はパックにおけるバッテリの温度を監視 し、一方でこの測定は測定電圧を確証するために、他方で高価に過熱して生じる バッテリでの異常動作を検知するためのものである。 放電モードで、コントローラ４はパックでのバッテリの電圧及び温度を監視す る。バッテリのいくつかが他のものより早く放電するならば、端子の電圧はより 急速に減少し、これは適切に、視覚的に及び／又は可聴に、みかけ（fashion） で車両の使用者に示すコントローラ４によって検出される。そして、使用者は（ 例えばパックの再度の充電のために次の電気ターミナルに車両を止めて）必要な 測定を行う。 図４及び図５は放電時に容量の係数としてバッテリの端子における付与された 電圧の特性の一例を示す図である。その２つの図は通常容量の１６０Ａ．ｈと６ Ｖ電圧のバッテリを基準としている。 これらの特性は一定の放電電流（２５，５０，１００，２００及び３００Ａ） の多種の値に対して確証される。図４の ものは図５のものより古いのである。同じ放電電流において図５のバッテリの端 子での電圧は図５のバッテリより、より急速に落ち、図４のバッテリの残留容量 は図５のバッテリの容量より小さい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プティ ミシェル フランス国，92402 クールブボワ セデ, ボワト ポスタル 329（番地なし） ト ムソン―セーエスエフ エスセーペイ内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．直列に接続された数個のバッテリを含むパックにおける個々のバッテリの 状態を監視する方法において、 各バッテリの端子における電圧と温度が監視され、バッテリパックに充電中に 、バッテリの各々の充電電流の少なくとも一部は、端子の電圧及び／又は温度が 過充電又は危険な状態を示すときにバッテリの外部でなくすようにタップオフさ れ、あるいは充電及び放電モードで各バッテリの端子における電圧の時間に伴う 充電とその温度は記録し、及び／又はアラームをトリガするために、パックでの 多種のバッテリの間の可能な不均衡を検出するために監視されることを特徴とす る方法。 ２．各バッテリの温度は電解液、電解板の１つ、出力端子の１つ又はケースの 位置の一つにおいて測定される請求項１記載の方法。 ３．バッテリの外部でなくされる電流は累進的にタップオフされる請求項１又 は２記載の方法。 ４．バッテリの外部でなくされる電流は過充電の状態又はリスクの検出からの 実際的に一定値である請求項１又は２記載の方法。 ５．バッテリの外部でなくされる電流はオン／オフ制御に基づいて取り除かれ る請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。 ６．数個のバッテリを含むパックにおける個々のバッテリ の状態を監視する装置は、各個別のバッテリ（Ｂ１〜Ｂｎ）の端子に、エネルギ ー消費安定器（７．ｉ）に直列な電流センサ（８．ｉ）と、セット用電圧を受信 してセンサに接続された比較器（９．ｉ）を含み、比較器の出力が安定器を制御 することを特徴とする装置。 ７．安定器が電力用トランジスタである請求項６記載の装置。 ８．比較器の出力が制御回路（１０．ｉ）を介して安定器に接続される請求項 ７記載の装置。 ９．セット用電圧はバッテリの端子での電圧を測定する制御回路（１２．ｉ， １５．ｉ）によって供給される請求項６〜８のいずれか１項に記載の装置。 １０．前記制御回路はバッテリの温度を測定する装置（１４．ｉ）に接続され ている請求項９記載の装置。 １１．制御回路はバッテリの数を付与する符号化装置（１８．ｉ）に接続され 、制御回路の各々はバッテリエネルギー制御部（４）に接続されている伝送バス （３）に接続される請求項９又は請求項１０に記載の装置。