(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】2019523967
(43)【公表日】20190829
(54)【発明の名称】バッテリパックの熱調整方法及びシステム
(51)【国際特許分類】
   H01M 10/633 20140101AFI20190802BHJP
   H01M 10/613 20140101ALI20190802BHJP
   H01M 10/615 20140101ALI20190802BHJP
   H01M 10/625 20140101ALI20190802BHJP
   H01M 10/44 20060101ALI20190802BHJP
   H01M 10/48 20060101ALI20190802BHJP
   H01M 10/637 20140101ALI20190802BHJP
   H01M 10/6556 20140101ALI20190802BHJP
   H01M 10/6568 20140101ALI20190802BHJP
   B60L 58/26 20190101ALI20190802BHJP
   B60L 58/27 20190101ALI20190802BHJP
   B60L 53/14 20190101ALI20190802BHJP
   B60L 50/64 20190101ALI20190802BHJP
【FI】
   !H01M10/633
   !H01M10/613
   !H01M10/615
   !H01M10/625
   !H01M10/44 Q
   !H01M10/48 P
   !H01M10/48 301
   !H01M10/637
   !H01M10/6556
   !H01M10/6568
   !B60L58/26
   !B60L58/27
   !B60L53/14
   !B60L50/64
【審査請求】有
【予備審査請求】有
【全頁数】18
(21)【出願番号】2018561681
(86)(22)【出願日】20160531
(85)【翻訳文提出日】20181122
(86)【国際出願番号】EP2016062283
(87)【国際公開番号】WO2017207034
(87)【国際公開日】20171207
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】512272672
【氏名又は名称】ボルボトラックコーポレーション
【住所又は居所】スウェーデン国 エス−405 08 イエテボリ エイブイディ 501842 エイアールエイチケイ5 ボルボ ビジネスサービス アーベー気付
(74)【代理人】
【識別番号】100129425
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 護晃
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【識別番号】100087505
【弁理士】
【氏名又は名称】西山 春之
(74)【代理人】
【識別番号】100168642
【弁理士】
【氏名又は名称】関谷 充司
(74)【代理人】
【識別番号】100107319
【弁理士】
【氏名又は名称】松島 鉄男
(74)【代理人】
【識別番号】100096769
【弁理士】
【氏名又は名称】有原 幸一
(72)【発明者】
【氏名】レジェンダル,ニクラス
【住所又は居所】スウェーデン国、439 36 オンサラ、オンサラ ブローシッパヴェーグ 17
【テーマコード(参考)】
5H030
5H031
5H125
【Fターム(参考)】
5H030AS08
5H030BB01
5H030FF22
5H030FF41
5H031AA09
5H031HH06
5H031KK08
5H125AA01
5H125AC12
5H125AC24
5H125BA00
5H125BC05
5H125BC19
5H125BC21
5H125CD06
5H125CD09
5H125DD02
5H125EE25
5H125EE27
5H125EE29
5H125FF05
5H125FF24
5H125FF27
(57)【要約】
【解決手段】本発明は、複数のバッテリセル(4a,4b,4c,...)を含んで蓄電システム(15)の一部を形成するバッテリパック(4)の熱調整方法であって、使用中にバッテリパック(4)の性能を最適化する実行準備機能を実行するステップを含んでいる。また、この方法は、所定時間(t)に亘ってさらなる熱調整なしで十分なレベルの性能を提供するために、バッテリパック(4)が到達する設定温度(T)を算出するステップと、バッテリパック(4)を熱調整して設定温度(T)に到達させるステップと、を含んでいる。本発明はまた、そのような熱調整装置に関する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のバッテリセル(4a,4b,4c,...)を含んで蓄電システム(15)の一部を形成するバッテリパック(4)の熱調整方法であって、使用中に前記バッテリパック(4)の性能を最適化する実行準備機能を実行するステップを含む方法において、
所定時間(t)に亘ってさらなる熱調整なしで十分なレベルの性能を提供するために、前記バッテリパック(4)が到達する設定温度(T)を算出するステップと、
前記バッテリパック(4)を熱調整して前記設定温度(T)に到達させるステップと、
を含んだことを特徴とする方法。
【請求項2】
前記バッテリパック(4)を充電するように構成された外部電源(8)に前記バッテリパック(4)が電気的に接続されたとき、前記実行準備機能を実行するステップを更に含んだ、
請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記バッテリパック(4)の充電を開始した後、前記実行準備機能を実行するステップを更に含んだ、
請求項2に記載の方法。
【請求項4】
前記バッテリパック(4)が前記設定温度(T)に到達したときにスリープモードに移行するステップと、
前記スリープモードに移行したときに前記充電を終了するステップと、
を更に含んだ請求項3に記載の方法。
【請求項5】
前記バッテリパック(4)の加熱又は冷却によって熱調整して前記設定温度(T)に到達させるステップを更に含んだ、
請求項1〜4のいずれか1つに記載の方法。
【請求項6】
少なくとも周囲温度(T)に応じて前記設定温度(T)を選択するステップを更に含んだ、
請求項1〜5のいずれか1つに記載の方法。
【請求項7】
前記バッテリパック(4)のメンテナンスの必要性に応じて前記所定時間(t)を選択するステップを更に含んだ、
請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法。
【請求項8】
前記バッテリセル(4a,4b,4c,...)を平衡する必要性、又は、充電状態(SOC)、電力状態(SOP)、劣化状態(SOH)及びエネルギー状態(SOE)などの前記バッテリパック(4)の状態を示すパラメータを校正する必要性に応じて、前記所定時間(t)を選択するステップを更に含んだ、
請求項7に記載の方法。
【請求項9】
車両(1)のバッテリパック(4)を熱調整するステップを更に含み、
前記蓄電システム(15)が前記車両(1)の電気機械(2)を動作させるように構成された、
請求項1〜8のいずれか1つに記載の方法。
【請求項10】
複数のバッテリセル(4a,4b,4c,...)を含んで蓄電システム(15)の一部を形成するバッテリパック(4)の熱調整装置(15;11)であって、使用中に前記バッテリパック(4)の性能を最適化するために実行準備機能を実行するように構成された装置(15;11)において、
前記バッテリパック(4)に関連付けられた熱調整ユニット(11)と、
所定時間(t)に亘ってさらなる熱調整なしで十分なレベルの性能を提供するために、前記バッテリパック(4)が到達する設定温度(T)を算出するように構成されると共に、前記熱調整ユニット(11)を制御して前記バッテリパック(4)を前記設定温度(T)に到達させるように構成された制御ユニット(5)と、
を含んだことを特徴とする装置(15;11)。
【請求項11】
前記制御ユニット(5)は、前記バッテリパック(4)を充電するように構成された外部電源(8)に前記バッテリパック(4)が電気的に接続されたとき、前記実行準備機能を実行するように構成された、
請求項10に記載の装置(15、11)。
【請求項12】
前記制御ユニット(5)は、前記バッテリパック(4)の充電が開始された後、前記実行準備機能を実行するように構成された、
請求項11に記載の装置(15,11)。
【請求項13】
前記制御ユニット(5)は、前記バッテリパック(4)が前記設定温度(T)に到達したときに、前記バッテリパック(4)のスリープモードを開始して、前記スリープモードの間に前記充電を終了させるように構成された、
請求項12に記載の装置。
【請求項14】
前記熱調整ユニット(11)は、前記バッテリパック(4)を加熱又は冷却する手段を含んだ、
請求項10〜13のいずれか1つに記載の装置。
【請求項15】
請求項10〜14のいずれか1つに記載のバッテリパック(4)の熱調整装置を含み、前記バッテリパック(4)が車両(1)の電気機械(3)を動作させるように構成された車両(1)。
【請求項16】
プログラムがコンピュータで実行されるとき、請求項1〜9のいずれか1つに記載の方法のステップを実行する、プログラムコード手段を含んだコンピュータプログラム。
【請求項17】
プログラム製品がコンピュータで実行されるとき、請求項1〜9のいずれか1つのステップを実行する、プログラムコード手段を含んだコンピュータプログラムを保持するコンピュータ可読媒体。
【請求項18】
車両(1)のバッテリパック(4)の熱調整のための制御ユニット(5)であって、
請求項1〜9のいずれか1つに記載の方法のステップを実行するように構成された、
制御ユニット(5)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のバッテリセルを含んで蓄電システム(an electric storage system)の一部を形成する、バッテリパックの熱調整方法に関する。この方法は、使用中にバッテリパックの性能を最適化する実行準備機能(a ready-to-run function)を実行するステップを含んでいる。
【0002】
本発明はまた、複数のバッテリセルを含んで蓄電システムの一部を形成する、バッテリパックの熱調整装置に関する。この装置は、使用中にバッテリパックの性能を最適化するために、実行準備機能を実行するように構成されている。
【0003】
本発明は、トラック、バス及び建設機械などの大型車両に適用することができる。バスに関して本発明を説明するが、本発明は、この特定車両に限定されず、他の車両にも使用することができる。
【背景技術】
【0004】
車両の分野では、代替動力源、即ち、従来の内燃機関の代わりとして使用される動力源で車両を推進することに関して絶え間ない発展が行われている。特に、電動車両が有望な代替案として浮上している。
【0005】
今日の技術によれば、車両は、電気機械単独によって、又は、電気機械と内燃機関の両方を含んだ装置によって、動作することができる。後者の代替案は、ハイブリッド電気車両(HEV)と呼ばれることが多く、例えば、市街地外を走行中に内燃機関が車両を動作させるために使用され、市街地や、例えば、一酸化炭素や窒素酸化物のような有害汚染物質の排出を制限する必要がある環境で電気機械を使用する方法で利用することができる。他のタイプの車両は、車両の電気機械に電力を供給するために使用されるバッテリパックを充電するために外部電源が使用されるように配置された、いわゆるプラグインハイブリッド車両(PHEV)である。この充電プロセスは、電力供給網(grid electricity)を使用して実現することができる。
【0006】
電動車両に関する技術は、車両のバッテリ関連技術を含む、電気エネルギー貯蔵システムの発展と密接に関連している。電気機械によって動作する車両には、通常、充電式の電気エネルギー貯蔵システム、即ち、上述したように、外部電源によって充電することができる充電式のバッテリセルを有するバッテリパックからの電力が供給されている。これは、エネルギー貯蔵システムと外部電源とが適切なコネクタ要素によって電気的に接続された後に実行される。バッテリパックは、制御回路と共に、電気機械に電力を供給するように構成されたエネルギー貯蔵システムを形成する。
【0007】
自動車の分野において、エネルギー貯蔵システムは、通常、多数のバッテリセルを有するバッテリパックを含んでいる。バッテリパックは、例えば、リチウムイオンタイプとすることができる。600Vのリチウムイオンバッテリパックが使用される場合には、例えば、直列に接続された約200個のバッテリセルが、車両を動作させるための所要電圧を達成するために必要とされる。車両が走行可能な距離は、バッテリパックの充電状態(SOC)などの特定のパラメータに依存している。充電状態は、電気車両で利用可能なエネルギーを管理するために使用する重要なパラメータである。
【0008】
上述したタイプのバッテリパックを含んだエネルギー貯蔵システムの出力及び性能は、バッテリパックの温度に依存することが知られている。例えば、プラグイン電気ハイブリッド車両で使用されるバッテリパックは、極低温及び極高温の両方を含む過酷な条件下、例えば、−20℃〜+40℃において動作しなければならない。これは、そのようなバッテリパックの性能が、動作中の実際の温度に応じてかなり変化することを意味している。例えば、バッテリパックの温度が非常に低い場合、そのような車両の走行可能距離が著しく低下することが予測される。
【0009】
電気車両のエネルギー貯蔵システムは、バッテリパックの温度に依存する性能を有しているという公知の事実に加えて、明らかに、必要に応じて最適な性能を提供するように構成されたバッテリパックを提供するという一般的な要望がある。
【0010】
従って、バッテリパックが温度依存性を有するという重要な事実を考慮しつつ、常時バッテリパックの特性を最適化することが非常に重要である。この性能は一般的に、バッテリパックを充電すると共にバッテリパックの温度を最適化することによって向上させることができる。一方、バッテリパックが過充電された場合、バッテリパックとエネルギー貯蔵システムに関連する電子部品の寿命及び機能に有害であり得る。
【0011】
電気車両の熱調整システムは、以前から知られている。米国特許出願公開第2015/306974号明細書は、バッテリパックの充電中に、バッテリパックの熱調整を行うシステムを教示している。
【0012】
米国特許出願公開第2015/306974号明細書は、バッテリパックを熱調整する方法を教示しているが、エネルギー貯蔵システムの重要な機能が必要なときに高レベルの性能を有することを保証し、同時に、エネルギー貯蔵システムに関連した電子部品の最適な寿命及び品質を保証する、改良されたエネルギー貯蔵システムを提供することが望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明の目的は、エネルギー貯蔵システムの最適な性能を保証しつつ、同時に、関連する電子部品の長寿命及び最適機能を得るために充電量を制限する実行準備機能を提供する、バッテリパックの熱調整方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
この目的は、複数のバッテリセルを含んで蓄電システムの一部を形成するバッテリパックの熱調整方法によって達成される。この方法は、実行準備機能を実行して、使用中にバッテリパックの性能を最適化するステップを含んでいる。また、この方法は、所定時間に亘ってさらなる熱調整なしで十分なレベルの性能を提供するために、バッテリパックが到達する設定温度を算出するステップと、バッテリパックを熱調整して設定温度に到達させるステップと、を含んでいる。
【0015】
上述したような方法を提供することによって、バッテリパックが熱調整されて所定時間に亘って最高性能を提供する。
【0016】
一実施形態によれば、この方法は、バッテリパックを充電するように構成された外部電源にバッテリパックが電気的に接続されたとき、実行準備機能を実行するステップを更に含んでいる。好ましくは、バッテリパックの充電が開始された後に、実行準備機能が実行される。これは、バッテリパックが充電されるのと同時に、適切な機会で実行準備機能が実現され得ることを意味している。
【0017】
一実施形態によれば、バッテリパックが設定温度に到達すると蓄電システムがスリープモードに移行し、スリープモードに移行すると充電が終了する。このようにして、バッテリパックが熱調整され、蓄電システムが常に作動状態である必要がないことを保証しつつ最高性能を提供する。
【0018】
一実施形態によれば、この方法は、バッテリパックを加熱又は冷却することによって熱調整して設定温度に到達させるステップを更に含んでいる。
【0019】
一実施形態によれば、この方法は、少なくとも周囲温度に応じて設定温度を選択するステップを含んでいる。これは、熱調整プロセスを制御する簡単で効果的な方法である。
【0020】
また、一実施形態によれば、この方法は、バッテリパックのメンテナンスの必要性に応じて所定時間を選択するステップを含んでいる。例えば、バッテリセルの平衡の必要性や、充電状態(SOC)、電力状態(SOP)、劣化状態(SOH)及びエネルギー状態(SOE)などのパラメータを校正する必要性を考慮することができる。これは、そのようなメンテナンス活動が、熱調整プロセス中に正しい方法で実行され得ることを意味している。
【0021】
本発明の他の態様によれば、この目的は、複数のバッテリセルを含んで蓄電システムの一部を形成するバッテリパックの熱調整装置によって得られる。この装置はまた、使用中にバッテリパックの性能を最適化するために、実行準備機能を実行するように構成されている。この装置は、バッテリパックに関連した熱調整ユニットを含んでいる。この装置は、所定時間に亘ってさらなる熱調整なしで十分なレベルの性能を提供するために、バッテリパックが到達する設定温度を算出するように構成されると共に、熱調整ユニットを制御してバッテリパックを設定温度に到達させるように構成された制御ユニットを含んでいる。
【0022】
本発明のさらなる利点及び有利な特徴は、以下の説明及び従属請求項に開示される。
【図面の簡単な説明】
【0023】
添付図面を参照して、以下に、例として挙げられる本発明の実施形態をより詳細に説明する。
【0024】
【図1】本発明を実現することができる車両の簡略斜視図を示している。
【図2】本発明の一実施形態に係る装置の概要図である。
【図3】本発明を実現する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本開示の異なる態様を、添付図面を参照して以下でより十分に説明する。しかしながら、本明細書に記載の方法及びシステムは、多くの異なる形態で実現することができ、以下で説明される態様に限定されると解釈されるべきでない。
【0026】
ここで、実施形態及び添付図面を参照して本発明を説明する。最初に図1を参照すると、本実施形態に係る、電気タイプのバス1の形態をとり、バス1を動作させるために使用され得る電気機械2を備えた車両の簡略斜視図が示されている。これは、電気機械2に接続されたリアアクスル3によって、図1に概略的に示されている。
【0027】
バス1は、複数のバッテリセル(図1では詳細に示していない)を含んだバッテリパック4を有する電気エネルギー貯蔵システムを保持している。以下でより詳細に説明するように、バッテリセルが直列に接続されて、出力DC電圧を提供する。好ましくは、バッテリセルはリチウムイオンタイプであるが、他のタイプのものも使用することができる。
【0028】
バッテリパック4はまた、バッテリパック4の動作状態を示す1つ以上の所定のパラメータを測定するように配置された、電子制御ユニット5に接続されている。例えば、制御ユニット5は、バッテリパック4及びそのバッテリセルの電圧や、バッテリ電流若しくはバッテリセルの温度などの1つ以上の代替パラメータを測定するように構成することができる。制御ユニット5はまた、バッテリパック4の充電状態(SOC)、劣化状態(SOH)及びエネルギー状態(SOE)など、バッテリパック4の状態や容量を指示及び制御するパラメータを決定するように構成することができる。バッテリパック4は、図2を参照して、以下でより詳細に説明する。
【0029】
本実施形態によれば、図1に示すように、バッテリパック4をバス1の屋根上に配置しているが、本発明の範囲内でバッテリパック4の他の配置も可能である。
【0030】
バス1の推進システムの他の部品はまた、ここでは詳細に示していないが、制御ユニット5に接続されている。バスの形態をとる車両を参照して本発明を説明するが、本発明は、少なくとも電気機械によって動作され、多数のバッテリセルを有するバッテリパックを含んだエネルギー貯蔵システムを有する、事実上任意のタイプの車両に使用することができる。
【0031】
バス1の動作中、バッテリパック4は必要電力を電気機械2に供給し、電気機械2はリアアクスル3を駆動する。電気機械が車両を動作させるために使用され得る方法は、一般的に以前から知られており、この理由から、ここでは詳細に説明しない。
【0032】
バス1には、好ましくは、バス1の外側部分に取り付けられたソケットの形態をとる、第1の電気コネクタ要素6が備えられている。第1の電気コネクタ要素6は、第1の電気コネクタ要素6に電気的に接続することができ、一定電圧を有する充電電流を伝達するように構成されたプラグ7aが設けられた充電ケーブルの形態をとる、第2の電気コネクタ要素7に接続されるように配置されている。第2の電気コネクタ要素7は、外部電源8の一部を形成し、好ましくは、AC送電線網に接続される。このようにして、バッテリパック4は、第1の電気コネクタ要素6及び第2の電気コネクタ要素7によって電流が供給されることができる。より正確には、バッテリパック4を充電するために、バッテリパック4に接続された車載充電ユニット9に電流が供給される。
【0033】
一実施形態によれば、バッテリパック4の充電は、バス1が静止している間、即ち、バスターミナル、バス停又は同様な位置の充電ステーションのいずれかで行われる。
【0034】
図1に示すように、車両1は、電気機械2のみによって動作するように構成されている。他の実施形態(図示せず)によれば、車両は、例えば、クラッチを介してお互いに接続される内燃機関と電気機械との両方を備えた、いわゆるプラグインハイブリッド車両であってもよい。そして、内燃機関と電気機械との両方を交互または並列に使用して、車両を動作させることができる。
【0035】
図示の例では、バッテリパック4を充電するプロセスは、バスが静止して、第1の電気コネクタ要素6と第2の電気コネクタ要素7とがお互いに接続されたときに開始することができる。これは、バッテリパック4の充電が、外部電源8にバッテリパック4を接続した後に開始できることを意味している。
【0036】
図示されていない代替的な実施形態によれば、バッテリパックの充電は、車両1の屋根上に配置され、架空線を介して外部電源に接続されるパンタグラフの形態をとるコネクタ要素によって実現することができる。さらに他の実施形態によれば、充電は、路面に沿って配置された電流導電電力レールによって実現することができる。そのような装置は、地面に向かって移動可能かつ下降する車両の1つ以上の集電器と協働するように構成され、車両の動作中に電流導電電力レールと接続するように構成されている。
【0037】
最初に説明したように、バッテリパックの出力及び性能がその温度に依存することが知られている。この理由のため、本開示は、バッテリパック4の熱調整のための装置及び方法に関する。そのような熱調整を実現するために、周囲温度センサ10が車両1に配置され、これが制御ユニット5に接続されている。また、熱調整ユニット11は、バッテリパック4に関連して配置され、バッテリパック4に関する熱要求に応じて、バッテリパック4を加熱又は冷却するように構成されている。
【0038】
熱調整ユニット11は、電圧変換器12を介して、車載充電ユニット9によって電力が供給される。また、制御ユニット5は、熱調整ユニット11に接続され、後述するように、熱調整ユニットを制御するように構成されている。
【0039】
車両1のバッテリパック4、制御ユニット5、車載充電ユニット9及び特定の他の関連部品を示す概要図である図2を参照して、バッテリパック4の熱調整を実行する方法をより詳細に説明する。
【0040】
一実施形態によれば、バッテリパック4は、直列に接続されて出力バッテリ電圧を供給する、3つのバッテリセル4a,4b,4cによって象徴的に表された複数のバッテリセルを含んでいる。バッテリパック4は、好ましくは、200セルの大きさである多数のバッテリセルを含んでいるが、この特定数は変更することができる。本実施形態によれば、バッテリセル4a,4b,4cはリチウムイオンタイプであるが、本発明の原理は他のタイプのバッテリセルにも同等に適用可能である。また、本実施形態は単一のバッテリパックを含んでいるが、本発明は、複数のバッテリセルが単一の車両に組み合わされている場合に適用可能であることに留意されたい。
【0041】
図1を参照して上述したように、バッテリパック4は、電気機械2に接続されて、その電気機械2を動作させるように構成されており、その車両を動作させる。また、バッテリパック4は、車載充電ユニット9に接続され、車載充電ユニット9が外部電源8に接続されたときにバッテリパック4を充電可能にする。外部電源8は、一般的には、400VのAC三相電圧を供給するように構成されている。車載充電ユニット9は、一般的には、700VのDC電圧をバッテリパック4に供給する。しかしながら、本発明の範囲内で、代替仕様が可能である。
【0042】
さらに、バッテリパック4は、バッテリ制御ユニット14に接続されたバッテリ温度センサ13を含んでいる。バッテリ制御ユニット14の一般的な目的は、バッテリパック4の充電手順を制御すると共に、その状態を監視することである。好ましくは、バッテリ制御ユニット14はバッテリセルの平衡プロセスを実現するように構成することもできる。そのようなセル平衡プロセスは、バッテリパック4における異なるバッテリセルの電圧が時間経過中に(during the course of time)セル間で異なる場合に必要となり得る。セル平衡が行われないと、バッテリ特性が低下するおそれがある。
【0043】
バッテリ制御ユニット14は、上述の制御ユニット5に接続されている。また、周囲温度センサ10もまた、制御ユニット5に接続されている。バッテリパック4、制御ユニット5、周囲温度センサ10、バッテリ温度センサ13及びバッテリ制御ユニット14は共に、エネルギー貯蔵システム15を形成している。
【0044】
また、車載充電ユニット9は、車両の特定の低電圧部品、例えば、空調システム、暖房装置及び照明ユニット(図2では図示されていない)などの部品に電力を供給するように構成された、電圧変換器12に接続されている。電圧変換器12はまた、バッテリパック4を加熱又は冷却して特定のバッテリ温度(T)になるように構成された、熱調整ユニット11に接続されている。大部分の車両に関して、バッテリパック4は、少なくとも−20℃〜+45℃の周囲温度で動作できるように構成されている。
【0045】
より正確には、熱調整ユニット11には、入力流体回路11aにおいて、バッテリパック4に向かって流れる流体を加熱するように構成された、電気ヒータ(詳細は図示せず)が設けられている。流体は、バッテリパック4に関連する回路を通って圧送され、出力流体回路11bを通って熱調整ユニット11へと戻される。熱調整ユニット11は、バッテリパック4の熱調整のために使用するために、バッテリパック4に近接して配置されている。
【0046】
従って、車載充電ユニット9は、バッテリパック4に供給される牽引電圧(a traction voltage)の形態をとる電力と、電圧変換器120を介して熱調整ユニット11などの車両の特定の電子部品に供給される低電圧の両方を供給する。
【0047】
最初に説明したように、バッテリパック4を含んだエネルギー貯蔵システム15の出力及び性能は、バッテリパック4の温度Tに依存することが知られている。この点に関して、バッテリパック4の実際の温度Tの測定値は、バッテリ温度センサ13によって提供されることに留意されたい。また、バッテリパック4は、最適な性能を提供するために、定期的な充電が必要であることも知られている。充電は、上述したように、適切な機会に車載充電ユニット9に接続することができる外部電源8によって提供される。
【0048】
商業的に運行されるバスの形態をとる車両1に関して、交通に供されていない夜間又は他の適切な時間に、そのようなバスが充電設備に駐車する必要があることを予想し得る。そのような場合には、一般的に、エネルギー貯蔵システム15が次回の車両使用時に十分高いレベルの性能を提供するために、所定の充電状態(SOC)に到達するようにバッテリパック4を充電する必要がある。これは、充電後に車両が使用されるときに、エネルギー貯蔵システム15の高いレベルの性能を保証する、「実行準備」機能が必要であることを意味している。
【0049】
エネルギーを節約し、すべての関連する車両部品の寿命を延ばすために、充電手順をできるだけ短時間行うべきであることを考慮することは重要である。さもなければ、エネルギー貯蔵システム15が常に「作動中」である場合、即ち、バッテリパック4が常に充電されている場合、不利となるバッテリパック4及びその関連部品の耐久性及び機能性に関する問題となる可能性がある。このアプローチの他の問題は、車両が再び使用されるとき、これが必ずしも知られていないことである。このため、充電時間が実際にどれくらい必要であるかを必ずしも判断できない可能性がある。
【0050】
従って、エネルギー貯蔵システム15を最適な実行準備状態にするのに十分であるが、不必要に長時間継続しない充電手順が必要である。十分に高いレベルの性能を規定するために使用され得るパラメータは、例えば、バッテリパック4の状態を規定するために使用される特定のパラメータ、例えば、充電状態(SOC)及び電力状態(SOP)、並びに任意の劣化状態(SOH)及びエネルギー状態(SOE)である。
【0051】
上述の理由から、本開示は、充電中にバッテリパック4の熱調整のための特定の方法が実行されるという原理に基づいている。より正確には、この方法は、バッテリパック4を外部電源8(図1及び2参照)に接続することによって、バッテリパック4の充電が開始される初期ステップを含んでいる。次に、バッテリパック4が使用されるときにその性能を最適化するために、充電中に実行準備機能が実行される。
【0052】
実行準備機能は、バッテリパック4の特定の設定温度Tが熱調整プロセスのために決定されて使用されるという原理に基づいている。そして、設定温度Tは、熱調整ユニット11の目標温度として、即ち、バッテリパック4を加熱又は冷却して設定温度Tに到達させるために使用される。設定温度Tの値は、(充電完了後の)所定時間tに亘ってさらなる熱調整が必要でない、バッテリパック4の状態に応じた大きさに選択される。このようにして、バッテリパック4を熱調整して、時間tに亘って最高の性能を保証することができる。
【0053】
従って、図1及び2の実施形態を参照すると、バッテリパック4を充電するために外部電源8が車載充電ユニット9に接続されると、実行準備機能が起動される。この実行準備機能の目的は、エネルギー貯蔵システム15がすべての関連する機能が必要なときに十分な性能を有することを保証しつつ、十分な量の充電が行われたときに、エネルギー貯蔵システム15が切り離されて非作動状態、即ち、「スリープ」モードに移行することを保証することである。本発明は、バッテリパック4の実際の充電中に、実行準備機能が常に開始される実施形態に限定されないことに留意されたい。本発明の主な原理は、エネルギー貯蔵システムの十分な性能を確保するために、実行準備機能の実行に関する。
【0054】
制御ユニット5は、十分な性能を保証することができる所定時間に関する要求に基づいて、設定温度Tを決定する。換言すると、制御ユニット5は、追加の熱調整を必要とせずに十分な性能を発揮しつつ、所定時間tに亘って熱調整を必要としないために調整すべき温度として、設定温度Tを算出する。
【0055】
設定温度Tの大きさは、いくつかのパラメータに基づいて決定することができる。設定温度Tは、特に、周囲温度センサ10によって検出された周囲温度Tに依存している。これは、周囲温度Tの関数としてバッテリパック4の冷却が、設定温度Tを算出するために使用できることを意味している。
【0056】
他の実施形態によれば、時間tの大きさは、バッテリパック4の特定のメンテナンス機能を実行するのに要する一定時間に関する要求に依存する。そのようなメンテナンス機能の一例は、上述したように、バッテリセル4a,4b,4cの不均衡により開始されなければならないセル平衡プロセスである。メンテナンス機能の他の例は、充電状態(SOC)及び電力状態(SOP)など、バッテリパック4の状態を示すパラメータの校正プロセスである。
【0057】
制御装置5が設定温度Tを決定した後、熱調整ユニット11が起動されて、バッテリパック4が設定温度Tになる。これは、バッテリパック4を加熱又は冷却することによって得ることができる。より正確には、実際のバッテリパック温度Tが設定温度T未満であれば加熱が行われ、実際のバッテリパック温度Tが設定温度Tより高ければ冷却が行われる。
【0058】
バッテリパック温度Tが設定温度Tに到達すると、バッテリパック4の充電が終了し、エネルギー貯蔵システム15が、実質的には電力を使用せず、エネルギー貯蔵システム15で使用される電子部品が実質的に電力を使用しない、レストモード又はスリープモードに移行する。これは、エネルギー貯蔵システム15及びその部品のエネルギー消費、寿命及び機能性に有益である。これはまた、エネルギー貯蔵システム15が、現在熱調整されている間にも作動状態でないことを意味している。
【0059】
次回の車両使用時に、エネルギー貯蔵システム15は、上記のように、所定時間tに亘って十分な性能を発揮することが期待できる状態にある。周囲温度に依存して、バッテリ温度Tが時間経過によって一定量低下する状況が起こり得る。このため、一実施形態によれば、バッテリ温度Tが所定レベルまで低下した場合に設定温度Tに到達するために、上述の熱調整プロセスを再び開始することができる。
【0060】
ここで、本方法を示す概略フローチャーチである図3を参照して、本開示に係る方法を説明する。最初に、車載充電ユニット9を外部電源8に接続し(図3のステップ16)、その後、バッテリパック4の充電処理を開始する(ステップ17)。次に、実行準備機能を実行して(ステップ18)、第1に所定時間tに亘ってさらなる熱調整を不要とするためにバッテリパック4が到達する設定温度Tを算出し(ステップ19)、第2にバッテリパック4を熱調整して実際に設定温度Tに到達させる(ステップ20)。これは、熱調整ユニット11によってバッテリパック4を冷却又は加熱することで行われる。上述したように、設定温度Tは、好ましくは、周囲温度センサ10によって検出された周囲温度Tに基づいて選択される。
【0061】
時間tの値に関して、バッテリセル4a,4b,4c・・・を平衡するなどバッテリパック4のメンテナンスを実行するのに必要な時間と、例えば、バッテリパック4の充電状態(SOC)、電力状態(SOP)、劣化状態(SOH)及びエネルギー状態(SOE)などバッテリパック4の状態を示すパラメータを校正するのに必要な時間と、の一方又は両方に応じて時間tを選択することができる(ステップ21)。
【0062】
バッテリパック温度Tが設定温度Tに到達したと判定されると(ステップ22)、エネルギー貯蔵システムがスリープモード、即ち、非作動モードに移行して、充電が終了する(ステップ23)。バッテリパック温度Tが設定温度Tに到達していなければ、充電が継続される。このようにして、エネルギー貯蔵システム15が必要なときに十分な性能を有することを保証しつつ、エネルギー貯蔵システム15が一定の作動状態にある必要がないことによって、実行準備機能が得られる。
【0063】
本発明は、上述及び図示の実施形態に限定されないことを理解されたい。むしろ、当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で、多くの変更及び修正を行うことができることを認識するであろう。
【0064】
本発明は、例えば、トラック、バス及び建設機械などの車両に適用することができる。しかしながら、本発明は車両に限らず、例えば、家庭環境や商業環境において電気装置に役立つバックアップ目的に使用される蓄電池など、他の用途で一般的に使用することもできる。
【図1】
【図2】
【図3】
【手続補正書】
【提出日】20181203
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のバッテリセル(4a,4b,4c,...)を含んで蓄電システム(15)の一部を形成するバッテリパック(4)の加熱又は冷却による熱調整方法であって、使用中に前記バッテリパック(4)の性能を最適化する実行準備機能を実行するステップを含み、前記バッテリパック(4)を充電するように構成された外部電源(8)に前記バッテリパック(4)が電気的に接続されたとき、前記実行準備機能を実行する方法において、
前記実行準備機能を実行するステップは、
充電終了後の所定時間(t)に亘ってさらなる熱調整なしで十分なレベルの性能を提供するために、前記バッテリパック(4)が到達する設定温度(T)を算出するステップと、
前記バッテリパック(4)を熱調整して前記設定温度(T)に到達させるステップと、
前記バッテリパック(4)が前記設定温度(T)に到達したときにスリープモードに移行するステップと、
前記スリープモードに移行したときに前記充電を終了するステップと、
含み、
前記設定温度(T)は、少なくとも周囲温度(T)に応じて選択され、
前記所定時間(t)は、前記バッテリパック(4)のメンテナンスを実行するのに必要な時間、及び、前記バッテリパック(4)の状態を示すパラメータを校正するのに必要な時間のいずれかに基づいて選択される、
ことを特徴とする方法。
【請求項2】
前記バッテリパック(4)の充電を開始した後、前記実行準備機能を実行するステップを更に含んだ、
請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記バッテリパック(4)の加熱又は冷却によって熱調整して前記設定温度(T)に到達させるステップを更に含んだ、
請求項1又は2に記載の方法。
【請求項4】
車両(1)のバッテリパック(4)を熱調整するステップを更に含み、
前記蓄電システム(15)が前記車両(1)の電気機械(2)を動作させるように構成された、
請求項1〜のいずれか1つに記載の方法。
【請求項5】
複数のバッテリセル(4a,4b,4c,...)を含んで蓄電システム(15)の一部を形成するバッテリパック(4)の加熱又は冷却による熱調整装置(15;11)であって、使用中に前記バッテリパック(4)の性能を最適化するために実行準備機能を実行するように構成された装置(15;11)において、
前記バッテリパック(4)に関連付けられた熱調整ユニット(11)と、
充電終了後の所定時間(t)に亘ってさらなる熱調整なしで十分なレベルの性能を提供するために、前記バッテリパック(4)が到達する設定温度(T)を算出することによって、前記実行準備機能を実行するように構成されると共に、前記熱調整ユニット(11)を制御して前記バッテリパック(4)を前記設定温度(TS)に到達させるように構成された制御ユニット(5)と、
含み、
前記設定温度(T)は、少なくとも周囲温度(T)に応じて選択され、
前記所定時間(t)は、前記バッテリパック(4)のメンテナンスを実行するのに必要な時間、及び、前記バッテリパック(4)の状態を示すパラメータを校正するのに必要な時間のいずれかに応じて選択され、
前記制御ユニット(5)は、前記バッテリパック(4)を充電するように構成された外部電源(8)に前記バッテリパック(4)が電気的に接続されたとき、前記実行準備機能を実行するように構成されると共に、前記バッテリパック(4)が前記設定温度(T)に到達したときに、前記バッテリパック(4)のスリープモードを開始して、前記スリープモード中に前記充電を終了させるように構成された、
ことを特徴とする装置(15;11)。
【請求項6】
前記制御ユニット(5)は、前記バッテリパック(4)の充電が開始された後、前記実行準備機能を実行するように構成された、
請求項5に記載の装置(15,11)。
【請求項7】
前記熱調整ユニット(11)は、前記バッテリパック(4)を加熱又は冷却する手段を含んだ、
請求項5又は6に記載の装置。
【請求項8】
請求項5〜7のいずれか1つに記載のバッテリパック(4)の熱調整装置を含み、前記バッテリパック(4)が車両(1)の電気機械(3)を動作させるように構成された車両(1)。
【請求項9】
プログラムがコンピュータで実行されるとき、請求項1〜のいずれか1つに記載の方法のステップを実行する、プログラムコード手段を含んだコンピュータプログラム。
【請求項10】
プログラム製品がコンピュータで実行されるとき、請求項1〜のいずれか1つのステップを実行する、プログラムコード手段を含んだコンピュータプログラムを保持するコンピュータ可読媒体。
【請求項11】
車両(1)のバッテリパック(4)の熱調整のための制御ユニット(5)であって、
請求項1〜のいずれか1つに記載の方法のステップを実行するように構成された、
制御ユニット(5)。
【国際調査報告】