DE112014003647B4 - Steuersysteme und -verfahren für Batteriezellen und Batteriestapel - Google Patents

Steuersysteme und -verfahren für Batteriezellen und Batteriestapel Download PDF

Info

Publication number
DE112014003647B4
DE112014003647B4 DE112014003647.1T DE112014003647T DE112014003647B4 DE 112014003647 B4 DE112014003647 B4 DE 112014003647B4 DE 112014003647 T DE112014003647 T DE 112014003647T DE 112014003647 B4 DE112014003647 B4 DE 112014003647B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
stg
stage
controller
battery
cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE112014003647.1T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112014003647T5 (de
Inventor
James C. Camp
Thomas M. MacLeod
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Analog Devices Inc
Original Assignee
Analog Devices Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Analog Devices Inc filed Critical Analog Devices Inc
Publication of DE112014003647T5 publication Critical patent/DE112014003647T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112014003647B4 publication Critical patent/DE112014003647B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/007192—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • H02J7/007194—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0025—Sequential battery discharge in systems with a plurality of batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

System, aufweisend:eine erste lokale Steuerung (820.1) zum Steuern eines ersten Schaltersystems (562.1...568.1), um eine erste Batteriezelle (510.1) selektiv mit einer ersten Stufe (STG 1) eines Batteriestapels (500) zu verbinden und von dieser zu trennen; undeine zweite lokale Steuerung (820.2) zum Steuern eines zweiten Schaltersystems (562.2...568.2), um eine zweite Batteriezelle (510.2) selektiv mit einer zweiten Stufe (STG 2) eines Batteriestapels (500) zu verbinden und von dieser zu trennen, und wobeidie erste lokale Steuerung (820.1) und die zweite lokale Steuerung (820.2) über ein verkettetes Kommunikationssystem (800) kommunizieren; sowieeine mit dem Kommunikationssystem (800) verbundene Stapelsteuerung (530), um Befehlssignale an die erste lokale Steuerung (820.1) und die zweite lokale Steuerung (820.2) zu senden, welche gewünschte Änderungen einer Ausgangsspannung des Batteriestapels (500) repräsentieren, undeinen Isolator (680), welcher im Kommunikationssystem (800) zwischen einer letzten Stufe (STG N) des Batteriestapels (500) und der Stapelsteuerung (530) gekoppelt ist, wobeidie erste lokale Steuerung (820.1) einen ersten Befehl von der Stapelsteuerung (530) empfängt und zumindest teilweise auf Basis lokaler Betriebsbedingungen der ersten Batteriezelle (510.1) bestimmt, den ersten Befehl an die zweite lokale Steuerung (820.2) weiterzuleiten, und wobei die zweite lokale Steuerung (820.2) den ersten Befehl von der ersten lokalen Steuerung (820.1) empfängt und zumindest teilweise auf Basis lokaler Betriebsbedingungen der zweiten Batteriezelle (510.2) bestimmt, den ersten Befehl aufzunehmen.

Description

  • Hintergrund
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Steuersysteme und -verfahren für Batteriezellen und Batteriestapel.
  • Batteriestapel umfassen eine Vielzahl einzelner „Zellen“, die in Serie angeordnet sind, um ein Batteriestapel zu bilden, welcher eine gewünschte Ausgangsspannung aufweist. Eine große Anzahl von Zellen kann zum Beispiel so in Serie angeordnet sein, dass die Gesamtpotentialdifferenz, die am Batteriestapel entsteht, in der Größenordnung einiger hundert Volt ist. Üblicherweise weist jede Zelle lediglich eine an ihr entstandene Potentialdifferenz von einigen Volt auf (z. B. 3 Volt). Batteriestapel umfassen auch eine Schaltsteuerung, die verwendet werden kann, um Zellen einzeln ein- und aus dem Stapel zu schalten und die Orientierung der Zellen (z. B. positive oder negative Orientierung) innerhalb des Stapels zu steuern, um Zeiteinstellungsanforderungen nachzukommen. Batteriestapel können verwendet werden, um zeitlich variable Ausgangssignale (z. B. sinusförmige Signale) um einen Massewert (z. B. +300 Volt bis -300 Volt in einem 100-Zellen-Stapel) zu erzeugen.
  • Wiederaufladbare Batteriestapel können in vielen Anwendungen verwendet werden. Eine solche Anwendung ist die Verwendung von Batterien in Hybrid- oder vollelektrischen Fahrzeugen. Hybrid- und vollelektrische Fahrzeuge (HEVs/EVs) erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, weshalb ein Bedarf an effektiveren, effizienteren und sichereren Batteriestapelsystemen besteht. Herkömmliche Batteriestapel leiden an mehreren Problemen während des Betriebs. Da sich zum Beispiel jede der Zellen in einem Batteriestapel mit einer unterschiedlichen Rate entlädt, können manche Zellen zu schwach werden, um einer Last eine Spannung bereitzustellen. In einem solchen Fall kann die geschwächte Zelle dauerhaft beschädigt werden, wenn sie dazu gezwungen wird, sich weiter zu entladen, und muss schlussendlich ersetzt werden. Ähnliche Probleme treten auf, wenn eine vollständig geladene Zelle überladen wird. Darüber hinaus muss, wenn eine Zelle irreparabel beschädigt wird, der Stapel weiterhin so betrieben werden, wie es die Last erfordert. Herkömmliche Batteriestapel berücksichtigen solche Fehler nicht adäquat. Schließlich, wenn Batteriestapel gefährlichen Bedingungen ausgesetzt sind (z. B. wenn sie in Wasser getaucht werden), können sie entzündlich werden, was schwerwiegende Sicherheitsprobleme verursacht. Dieses Problem ist besonders gefährlich, weil eine begründete Wahrscheinlichkeit besteht, dass sich Konsumenten in unmittelbarer Nähe von Batteriezellen aufhalten.
  • Die Veröffentlichung „Decentralized control of a cascaded H-Bridge multilevel converter" von Kong, W. Y.; Holmes, D. G.; McGrath, B.- P., 2011 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Gdansk, Poland, 2011, Seiten 188-193, IEEE Xplore, betrifft eine dezentralisierte Regelungsstrategie für einen modularen kaskadierten Umrichter, bei dem jeder Modulregler seine eigenen Schaltvorgänge auf der Grundlage lokaler Sensoren, eines lokalen Stromreglers und eines lokalen Modulator bestimmt.
  • Die Veröffentlichung „A high speed control network synchronization jitter evaluation for embedded monitoring and control in modular multilevel converter" von Toh, C. L.; Norum, L. E., 2013 IEEE Grenoble Conference, Grenoble, France, 16-20 June 2013, Seiten 1-6, IEEE Xplore, betrifft ein Hochgeschwindigkeits-Ringsteuerungsnetz zur Vereinfachung des Verdrahtungssystems in einem komplexen Modularen Multilevel Umrichter (MMC), wobei die Kompensation der Ausbreitungsverzögerung im Ringsystem kompensiert werden soll.
  • Die Veröffentlichung „Modular Multilevel Converter Control Strategy with Fault Tolerance" von Teodorescu, Remus et al., Renewable Energy and Power Quality Journal, March 2013, Seiten 772-777, betrifft einen Umrichter mit verteilter Steuerungsarchitektur, bei dem Untermodule die Aufgabe eines Kondensatorausgleichs auf autonome Weise übernehmen. Sie werden mit einer sehr niedrigen Schaltfrequenz (260 Hz) geschaltet, was zu einem sehr hohen Wirkungsgrad führen soll. Um eine hohe scheinbare Schaltfrequenz zu gewährleisten, werden alle Untermodule durch eine Verzögerung des Trägers verschachtelt.
  • DE 10 2011 076 515 A1 betrifft eine Energiespeichereinrichtung zum Erzeugen einer n-phasigen Versorgungsspannung mit n parallel geschalteten Energieversorgungszweigen, welche jeweils mit einem von n Phasenanschlüssen verbunden sind, wobei jeder der Energieversorgungszweigen eine Vielzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen aufweist.
  • US 2013 / 0 108 898 A1 betrifft ein Batterieverwaltungssystem für ein Batteriesystem mit einer Vielzahl von angeschlossenen Leistungseinheiten. Das Batterieverwaltungssystem besteht aus einem oder mehreren Management-Sub-Controllern, die seriell mit einem Master-Controller verbunden sind, der dem angetriebenen Gerät zugeordnet ist. Jeder der ein oder mehreren Verwaltungsuntercontroller kann mit einer Leistungseinheit der Batterie verbunden sein, wobei jede Leistungseinheit ein oder mehrere Batteriemodule oder Batteriezellen aufweist.
  • Es besteht ein Bedarf an verbesserten Überwachungssystemen für Batteriestapel, um die oben beschriebenen Probleme zu berücksichtigen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
    • 1 ist ein Diagramm einer einzelnen Batteriezellenstufe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 2 ist ein Zustandsdiagramm eines lokalen Entscheidungsprozesses für jede Batteriezellenstufe in einem Batteriestapel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 3 ist ein Zustandsdiagramm eines lokalen Entscheidungsprozesses für jede Batteriezellenstufe in einem sich entladenden Batteriestapel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 4 ist ein Zustandsdiagramm eines lokalen Entscheidungsprozesses für jede Batteriezellenstufe in einem Batteriestapel, der geladen wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 5 ist ein Diagramm eines Batteriestapels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 6 ist ein Diagramm eines Batteriestapels mit einem Transformator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 7 ist ein Diagramm eines Batteriepacks für eine Batteriezelle mit einer integrierten Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 8 ist ein Diagramm eines Zellensteuerungskommunikationsnetzwerks, welches ein Leapfrogging-Protokoll gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung implementiert.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen verbesserte Steuerungssysteme für Batteriezellen und Batteriestapel. Eine erste Ausführungsform betrifft ein Batteriesteuerungssystem. Das Steuersystem kann eine Steuerung, Sensoren, Sender und Empfänger umfassen. Die Empfänger können Befehle zum Laden/Entladen über ein Kommunikationsnetzwerk empfangen. Die Steuerung kann unter Verwendung des Sensors den Status oder Zustand der Zelle bestimmen (z. B. ob die Zelle schwach, stark, entleert, geladen etc. ist). Daraufhin kann die Steuerung bestimmen, ob die Zelle den Befehl erfüllen kann oder ob der Befehl über die Sender an eine benachbarte Batteriezelle in einem Batteriestapel weitergegeben werden sollte.
  • Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Steuerungssystem für Batteriestapel. Das System kann eine Vielzahl von Batteriezellenstufen mit Zellensteuerungssystemen umfassen (wie oben in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben). Das System kann auch eine Stapelsteuerung umfassen, um über ein Kommunikationsnetzwerk Befehle zum Laden/Entladen an den Batteriestapel zu senden. Die Stapelsteuerung kann die Befehle auf Basis der Anforderungen einer Last oder des Zustands der Batteriezellenstufen an den Batteriestapel senden. Die Batteriezellenstufen können entweder die Befehle befolgen oder die Befehle über das Kommunikationsnetzwerk an benachbarte Zellen senden.
  • Eine weitere Ausführungsform betrifft eine verbesserte Auslegung eines Batteriegehäuses. Die Batteriepackauslegung kann eine Batteriezelle, eine Vielzahl von Transistoren sowie eine Steuerung umfassen. Die Transistoren können in einer H-Brückenkonfiguration an die Anschlüsse der Batteriezelle gekoppelt sein. Die Steuerung kann die Transistoren auf Basis des Stroms, der zwischen den Ausgangsanschlüssen des Batteriepacks fließt, so steuern, dass sie die Batteriezelle umgehen. Auf eine solche Weise kann die Steuerung Schaden an der Batteriezelle verhindern und die Gesamtsicherheit des Batteriepacks unter gefährlichen Bedingungen verbessern.
  • Noch eine weitere Ausführungsform betrifft einen Batteriestapel mit einem Leapfrogging-Kommunikationsnetzwerk. Jede Zellenstufe kann eine Steuerung, einen Sender und ein Paar Empfänger umfassen. Die Zellenstufe im Batteriestapel kann mit den beiden nächstgelegenen vorausgehenden Batteriezellenstufen im Stapel gekoppelt sein. Auf diese Weise kann jede Zellenstufe dazu fähig sein, festzustellen, ob eine Störung in einer unmittelbar vorausgehenden Zellenstufe im Stapel vorliegt, indem die erste vorausgehende Zellenstufe und die zweite vorausgehende Zellenstufe überwacht werden. Wenn Befehle zum Entladen/Laden, die von der zweiten vorausgehenden Zellenstufe gesendet werden, die betreffende Batteriezellenstufe nicht erreichen, kann die Steuerung feststellen, dass eine Störung in der ersten vorausgehenden Zellenstufe vorliegt, und die Zellenstufe auf Basis der von der zweiten vorausgehenden Zellenstufe übertragenen Befehle entladen/laden.
  • 1 stellt eine Zellenstufe 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Die Zellenstufe 100 kann eine Stufe in einem mehrstufigen Batteriestapelsystem sein (wie unten in 3 gezeigt). Wie in 1 dargestellt kann die Batteriezellenstufe 100 eine Batteriezelle 110, eine Zellenüberwachung 120, welche mit jeweiligen Enden der Batteriezelle 110 gekoppelt sind, sowie Schalter 132, 134, 136 und 138 umfassen. Die Batteriezellenstufe 100 kann über den aufwärtsgerichteten Kommunikationspfad 150 und den abwärtsgerichteten Kommunikationspfad 160 mit benachbarten Batteriezellenstufen (nicht gezeigt) in einem Batteriestapel kommunizieren.
  • Die Batteriezelle 110 kann ein Bleisäure-, Nickel-Metallhydrid- (NiMH-), Lithium-Ionen- (Li-ion-) oder ein anderer Batterietyp sein, der in einen Batteriestapel integriert sein kann, der eine Vielzahl von Batteriezellen umfasst, um Leistung zum Ansteuern einer Last (z. B. eines Motors) bereitzustellen.
  • Die Zellenüberwachung 120 kann eine Steuerung 121, Empfänger 122 und 123, Sender 124 und 125, (einen) Sensor(en) 126 sowie einen Arbeitsspeicher 127 umfassen. Die Zellenüberwachung 120 kann lokale Entscheidungen treffen und die ihr zugeordnete Batteriezelle 110 auf Basis von Mitteilungen, die sie auf den aufwärtsgerichteten und abwärtsgerichteten Kommunikationspfaden 150 und 160 empfangen hat, sowie des lokalen Zustandes der Batteriezelle 110 hinzuschalten oder umgehen.
  • Die Steuerung 121 kann einen Mikrocontroller, einen programmierbaren Prozessor und/oder eine Zustandsmaschine umfassen. Die Steuerung 121 kann die lokalen Entscheidungen treffen und die Batteriezelle 110 auf Basis des Zustandes der Batteriezelle 110 hinzuschalten/umgehen. Die Empfänger 122, 123 und die Sender 124 und 125 können von der Steuerung 121 gesteuert werden und können Informationen über die Pfade 150 und 160 empfangen und übertragen. Im aufwärtsgerichteten (oder ausgehenden) Kommunikationspfad 150 kann der Empfänger 122 einen PUSH/PULL-Befehl (der unten ausführlicher beschrieben wird) von einer vorherigen Stufe im Stapel empfangen, und der Sender 124 kann einen PUSH/PULL-Befehl an eine nächste Stufe im Stapel übertragen. Im abwärtsgerichteten (oder eingehenden) Kommunikationspfad kann der Empfänger 123 einen PUSH/PULL-Befehl von einer vorherigen Batteriestufe im Stapel empfangen, und der Sender 125 kann einen PUSH/PULL-Befehl an die nächste Batteriestufe im Stapel übertragen.
  • Der Sensor/die Sensoren 126 kann/können eine Richtung des Stromflusses durch die Batteriezelle 110 bestimmen, zum Beispiel ob Strom nach oben oder nach unten durch einen Stapel fließt, zu dem die Zelle 110 gehört. Der Sensor/die Sensoren 126 kann/können auch Betriebsparameter der Batteriezelle 110 messen, zum Beispiel den Ladezustand, den Gesundheitszustand, die Temperatur, einen Störungszustand oder andere Bedingungen. Der Arbeitsspeicher 127 kann Daten wie z. B. Messungen speichern, die von dem Sensor/den Sensoren 126 durchgeführt wurden. Der Arbeitsspeicher kann auch Protokolle von PUSH/PULL-Befehlen speichern, die von den Empfängern 122 und 123 empfangen wurden. Auf die im Arbeitsspeicher 127 gespeicherten Daten kann die Steuerung 121 zugreifen.
  • Die Schalter 132, 134, 136 und 138 können das Hinzuschalten/Umgehen der Batteriezelle 110 im Stapel ermöglichen. Die Schalter 132, 134, 136 und 138 können von der Zellensteuerung 121 gesteuert werden. Die Schalter 132 - 138 können um die Zellenüberwachung 120 wie in 1 gezeigt in einer H-Brückenkonfiguration angeordnet sein und paarweise geschaltet sein. Die Schalter 132 - 138 können Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) ausreichender Größe sein, um als Leistungstransistoren oder mechanische Schalter zu dienen.
  • Während des Betriebs kann die Batteriezellenstufe 100 in 1 über die aufwärtsgerichteten und abwärtsgerichteten Kommunikationspfade PUSH- und PULL-Befehle von angrenzenden Zellen in einem Batteriestapel empfangen und übertragen. Ein PUSH-Befehl kann einen Befehl von einer externen Steuerung repräsentieren, eine positive Spannung zu einem Ausgang des Stapels hinzuzufügen, zu welchem die Stufe 100 gehört. Die Stufe 100 kann, abhängig von den Betriebsbedingungen an der Stufe 100, auf verschiedene Weisen auf einen PUSH-Befehl reagieren. Wenn die Stufe 100 zum Beispiel so konfiguriert ist, dass die Batteriezelle 110 bereits die Spannung hinaufdrückt (pusht), kann sie mit dem Pushing fortfahren und den PUSH-Befehl an eine andere Zellenstufe im Stapel weitergeben. Wenn das System 100 so konfiguriert ist, dass die Batteriezelle 110 die Spannung hinunterzieht (pullt), kann sie das Pulling stoppen und den PUSH-Befehl aufnehmen. Das System 100 kann feststellen, dass die Batteriezelle 110 nicht in der Lage ist zu pushen, obwohl sie im Leerlauf ist, und kann den PUSH-Befehl an eine nächste Zelle im Stapel weitergeben. Diese Prozesse werden unten stehend beschrieben.
  • Ein PULL-Befehl kann einen Befehl von einer externen Steuerung repräsentieren, durch einen Stapel, zu welchem die Zellenstufe 100 gehört, eine negative Spannung zu einer Lastvorrichtung hinzuzufügen. Die Stufe 100 kann, abhängig von den Betriebsbedingungen an der Stufe 100, auf verschiedene Weisen auf einen PULL-Befehl reagieren. Wenn die Stufe 100 zum Beispiel so konfiguriert ist, dass die Batteriezelle 100 bereits pullt, kann sie mit dem Pulling fortfahren und den PULL-Befehl an eine andere Stufe im Stapel weitergeben. Wenn die Stufe 100 so konfiguriert ist, dass die Batteriezelle 110 pusht, kann sie das Pushing stoppen und den PULL-Befehl aufnehmen. Das System 100 kann feststellen, dass die Batteriezelle 110 nicht in der Lage ist zu pullen, obwohl sie im Leerlauf ist, und kann den PULL-Befehl an eine nächste Zelle im Stapel weitergeben. Diese Prozesse werden unten beschrieben.
  • Obwohl das System 100 in verschiedenen Zuständen betrieben werden kann (siehe 2-4 und die entsprechende, unten stehende Beschreibung der Figuren), kann das System die folgenden zwei Basiskonfigurationen aufweisen: (1) „Zuschalt-“ Konfiguration und (2) „Umgehungs“- oder „Leerlauf“-Konfiguration. Während einer Zuschalt-Konfiguration kann die Zellenüberwachung 120 die Schalter 132 - 138 steuern, um die Zelle 110 mit dem Batteriestapel an den Knoten A und B zu verbinden. Während die Zelle 110 in den Stapel zugeschaltet ist, kann sich die Zelle 110 auf Basis der Bedürfnisse der Stufe 100 und der Last entweder entladen oder laden. Wenn die Schalter 132 und 138 eingeschaltet sind und die Schalter 134 und 134 ausgeschaltet sind, kann die Zelle eine positive Spannung entladen. Wenn die Schalter 134 und 136 eingeschaltet sind und die Schalter 132 und 138 ausgeschaltet sind, kann die Zelle eine negative Spannung entladen. Wenn die Schalter 132 und 136 ausgeschaltet sind, kann die Zelle 110 von den Knoten A und B getrennt werden, und sie kann von einem Stapel „umgangen“ werden. Gleichermaßen kann die Zelle 110 von den Knoten A und B getrennt und von einem Stapel umgangen werden, wenn die Schalter 134 und 138 ausgeschaltet sind.
  • Während einer Umgehungs-Konfiguration kann die Zellenüberwachung 120 die Schalter 132 - 138 steuern, um die Zelle 110 an den Knoten A und B vom Batteriestapel zu trennen. Während die Zelle 110 vom Stapel umgangen wird, kann verhindert werden, dass die Zelle 110 geladen oder entladen wird, während die restlichen Stufen im Stapel geladen oder entladen werden. Dies kann verhindern, dass die Zelle 110 durch Überentladen/Überladen beschädigt wird. Auf Basis der Struktur und Betriebsweise des obigen Systems 100, kann die Zellenüberwachung 120 die Lade-/Entladevorgänge der Zelle 110 ausgleichen und verhindern, dass die Zelle durch Überentladen/Überladen beschädigt wird.
  • Die Zellenstufe 100 kann gegebenenfalls Dioden 142, 144, 146 und 148 umfassen, die mit den Anschlüssen der entsprechenden Schalter 132, 134, 136 und 138 gekoppelt sind. Die Dioden 142, 144, 146 und 148 können einen Ladungs- und Entladungsüberspannungsschutz für die Schalter 132, 134, 136 beziehungsweise 138 bereitstellen.
  • 2 ist ein Zustandsdiagramm, welches Steuervorgänge einer Zellenstufe 100, die entweder geladen oder entladen wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Zustandsdiagramm stellt eine Reaktion einer Zellenüberwachung 120 dar, wenn diese PUSH/PULL-Befehle von aneinander angrenzenden Zellen in einem Batteriestapel empfängt. Wie in 2(A) dargestellt, kann die Zellenüberwachung 120 gemäß den unten erläuterten Prozessen Zuschalt-/Umgehungs-Konfigurationsentscheidungen in Reaktion auf PUSH/PULL-Befehle treffen, die sie über den ausgehenden (aufwärtsgerichteten) oder eingehenden (abwärtsgerichteten) Kommunikationspfad 150 beziehungsweise 160 empfängt. Jeder Pfeil in 2(A) wird aus Gründen der Zweckmäßigkeit mit einer Zahl (1) - (56) gekennzeichnet.
  • 2(A) stellt einen Leerlaufzustand 210 dar, welcher eine Umgehungskonfiguration der Stufe 100 repräsentiert. Wenn sie im Leerlaufzustand ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Zum Beispiel kann, wenn die Steuerung 121 der Zellenüberwachung 120 einen PUSH-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (OBCMD = „PUSH“ (1)), die Steuerung 121 eine Richtung des Stromflusses durch den Stapel bestimmen. Wenn der Batteriestapel entweder geladen oder entladen wird, und der durch die Stufe 100 fließende Strom gegen die Richtung des Lade- oder Entladestroms fließt (5), kann die Zellensteuerung 121 den PUSH-Befehl im ausgehenden Kommunikationspfad 150 weiter nach oben leiten (6) und in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren (7). Wenn der Batteriestapel entweder geladen oder entladen wird, und der durch die Stufe 100 fließende Strom in die Richtung des Lade- oder Entladestroms fließt (8), kann die Zellensteuerung 121 bestimmen, ob die Zelle 110 dazu fähig ist zu pushen (d. h. sich entweder zu laden oder zu entladen). Wenn die Zelle 110 nicht pushen (d. h. sich laden oder entladen) kann (9), kann die Zellensteuerung 121 den PUSH-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (6) und in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren (7). Wenn die Zelle 110 pushen (d. h. sich laden oder entladen) kann (10), kann die Zellensteuerung 121 die Schalter 132 - 138 steuern, um die Zelle 110 in einer positiven Orientierung in den Stapel zuzuschalten. Die Stufe 100 kann dann in den Zustand der ausgehenden positiven Orientierung (OB POS) 220 übergehen und die Zelle 110 entweder laden oder entladen.
  • Wenn sie im Leerlaufzustand 210 ist, kann die Steuerung 121, wenn die Steuerung 121 der Zellenüberwachung 120 einen PULL-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (OBCMD = „PULL“ (2)), eine Richtung des Stromflusses durch den Stapel bestimmen. Wenn der Batteriestapel entweder geladen oder entladen wird und der durch die Stufe 100 fließende Strom gegen die Richtung des Lade- oder Entladestroms fließt (11), kann die Zellensteuerung 121 den PULL-Befehl im ausgehenden Kommunikationspfad 150 weiter nach oben leiten (12) und in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren (13). Wenn der Batteriestapel entweder geladen oder entladen wird, und der durch das System 100 fließende Strom in die Richtung des Lade- oder Entladestroms fließt (14), kann die Zellensteuerung 121 feststellen, ob die Zelle 110 dazu fähig ist zu pullen (d. h. sich zu laden oder entladen). Wenn die Zelle 110 nicht pullen (d. h. sich laden oder entladen) kann (15), kann die Zellensteuerung 121 den PULL-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten und in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren (13). Wenn die Zelle 110 pullen (d. h. sich laden oder entladen) kann (16), kann die Zellensteuerung 121 die Schalter 132 -138 steuern, um die Zelle 110 in einer negativen Orientierung in den Stapel zuzuschalten. Die Stufe 100 kann dann in den Zustand der ausgehenden negativen Orientierung (OB NEG) 230 übergehen und die Zelle 110 entweder laden oder entladen.
  • Wenn sie im Leerlaufzustand 210 ist, kann die Steuerung 121, wenn die Steuerung 121 der Zellenüberwachung 120 einen PUSH-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (IBCMD = „PUSH“ (3)), den Zustand der Batteriezelle 110 bestimmen. Wenn die Zelle 110 nicht pushen (d. h. sich laden oder entladen) kann (17), kann die Zellensteuerung 121 den PUSH-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (18) und in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren (19). Wenn die Zelle 110 pushen (d. h. sich laden oder entladen) kann (20), kann die Zellensteuerung 121 die Schalter 132 - 138 steuern, um die Zelle 110 in einer positiven Orientierung in den Stapel zuzuschalten, und in den Zustand der eingehenden positiven Orientierung (IB POS) 240 übergehen, um die Zelle 110 entweder zu laden oder zu entladen.
  • Wenn sie im Leerlaufzustand 210 ist, kann die Steuerung 121, wenn die Steuerung 121 der Zellenüberwachung 120 einen PULL-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (IBCMD = „PULL“ (4)), den Zustand der Batteriezelle 110 bestimmen. Wenn die Zelle 110 nicht pullen (d. h. sich laden oder entladen) kann (21), kann die Zellensteuerung 121 den PULL-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (22) und in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren (23). Wenn die Zelle 110 pullen (d. h. sich laden oder entladen) kann (24), kann die Zellensteuerung 121 die Schalter 132 - 138 steuern, um die Zelle 110 in einer negativen Orientierung in den Stapel zuzuschalten und in den Zustand der eingehenden negativen Orientierung (IB NEG) 250 übergehen, um die Zelle 110 entweder zu laden oder zu entladen.
  • Wenn die Stufe 100 im OB POS-Zustand 220 ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Wenn die Steuerung 121 zum Beispiel einen PUSH-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (d. h. OBCMD = „PUSH“ (25)), kann die Steuerung 121 den PUSH-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (26) und in den OB POS-Zustand 220 zurückkehren (27). Wenn die Steuerung 121 einen PUSH-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (d. h. IBCMD = „PUSH“ (28)), kann die Steuerung 121 den PUSH-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (29) und in den OB POS-Zustand 220 zurückkehren (30). Wenn die Steuerung 121 entweder auf dem IBCP 160 oder dem OBCP 150 einen PULL-Befehl empfängt (32), kann die Steuerung 121 in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren. Ist kein Befehl vorhanden, wenn die Steuerung 121 feststellt, dass die Betriebsbedingungen die Zelle 110 außerhalb ihrer Betriebsgrenzen geführt haben (und sie z. B. zu schwach zum Entladen oder zu voll zum Laden ist) (31), kann die Zellensteuerung 121 einen lokal erzeugten PUSH-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (6) und in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren (7).
  • Wenn die Stufe 100 im OB NEG-Zustand 230 ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Wenn die Steuerung 121 zum Beispiel einen PULL-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (d. h. OBCMD = „PULL“ (33)), kann die Steuerung 121 den PULL-Befehl im OBCP weiter nach oben leiten (34) und in den OB NEG-Zustand 230 zurückkehren (35). Wenn die Steuerung 121 einen PULL-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (d. h. IBCMD = „PULL“ (36)), kann die Steuerung 121 den PULL-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (37) und in den OB NEG-Zustand 230 zurückkehren (38). Wenn die Steuerung 121 entweder auf dem IBCP 160 oder dem OBCP 150 einen PUSH-Befehl (47) empfängt, kann die Steuerung 121 in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren. Ist kein Befehl vorhanden, wenn die Steuerung 121 feststellt, dass die Betriebsbedingungen die Zelle 110 außerhalb ihrer Betriebsgrenzen geführt haben (und sie z. B. zu schwach zum Entladen oder zu voll zum Laden ist) (56), kann die Zellensteuerung 121 einen lokal erzeugten PULL-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (12) und in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren (13).
  • Wenn die Stufe 100 im IB POS-Zustand 240 ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Wenn die Steuerung 121 zum Beispiel einen PUSH-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (d. h. OBCMD = „PUSH“ (39)), kann die Steuerung 121 den PUSH-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (40) und im IB POS-Zustand 240 bleiben (41). Wenn die Steuerung 121 einen PUSH-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (d. h. IBCMD = „PUSH“ (42)), kann die Steuerung 121 den PUSH-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (43) und im IB POS-Zustand 240 bleiben (44). Wenn die Steuerung 121 entweder auf dem IBCP 160 oder dem OBCP 150 einen PULL-Befehl empfängt (46), kann die Steuerung 121 in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren. Ist kein Befehl vorhanden, wenn die Steuerung 121 feststellt, dass die Betriebsbedingungen die Zelle 110 außerhalb ihrer Betriebsgrenzen geführt haben (und sie z. B. zu schwach zum Entladen oder zu voll zum Laden ist) (45), kann die Zellensteuerung 121 einen lokal erzeugten PUSH-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (18) und in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren (19).
  • Wenn die Stufe 100 im IB NEG-Zustand 250 ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Wenn die Steuerung 121 zum Beispiel einen PULL-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (d. h. OBCMD = „PULL“ (48)), kann die Steuerung 121 den PULL-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (49) und in den IB NEG-Zustand 250 zurückkehren (50). Wenn die Steuerung 121 einen PULL-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (d. h. IBCMD = „PULL“ (51)), kann die Steuerung 121 den PULL-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (52) und im IB NEG-Zustand 250 bleiben (53). Wenn die Steuerung 121 entweder auf dem IBCP 160 oder dem OBCP 150 einen PUSH-Befehl empfängt (55), kann die Steuerung 121 in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren. Ist kein Befehl vorhanden, wenn die Steuerung 121 feststellt, dass die Betriebsbedingungen die Zelle 110 außerhalb ihrer Betriebsgrenzen geführt haben (und sie z. B. zu schwach zum Entladen oder zu voll zum Laden ist) (54), kann die Zellensteuerung 121 einen lokal erzeugten PULL-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (22) und in den Leerlaufzustand 210 zurückkehren (23).
  • 3 ist ein Zustandsdiagramm, das Steuervorgänge einer sich entladenden Zellenstufe 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Zustandsdiagramm stellt eine Reaktion einer Zellenüberwachung 120 dar, wenn sie PUSH/PULL-Befehle von aneinander angrenzenden Zellen in einem Batteriestapel empfängt. Wie in 3 dargestellt, kann die Zellenüberwachung 120 gemäß den unten erläuterten Prozessen Zuschalt-/Umgehungskonfigurationsentscheidungen in Reaktion auf PUSH/PULL-Befehle treffen, die sie über den ausgehenden (oder aufwärtsgerichteten) oder eingehenden (oder abwärtsgerichteten) Kommunikationspfad 150 beziehungsweise 160 empfangen hat. Jeder Pfeil in 3 wird aus Gründen der Zweckmäßigkeit durch eine Zahl (1) - (56) gekennzeichnet.
  • 3 stellt einen Leerlaufzustand 310 dar, welcher eine Umgehungskonfiguration der Stufe 100 repräsentiert. Wenn sie im Leerlaufzustand ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Wenn die Steuerung 121 der Zellenüberwachung 120 zum Beispiel einen PUSH-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (OBCMD = „PUSH“ (1)), kann die Steuerung 121 eine Richtung des Stromflusses durch den Stapel bestimmen. Wenn der Batteriestapel entladen wird und der durch die Stufe 100 fließende Strom eingehend ist (5), kann die Zellensteuerung 121 den PUSH-Befehl im ausgehenden Kommunikationspfad 150 weiter nach oben leiten (6) und in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren (7). Wenn der Batteriestapel entladen wird und der durch die Stufe 100 fließende Strom nicht eingehend ist (8), kann die Zellensteuerung 121 feststellen, ob die Zelle 110 dazu fähig ist zu pushen (d. h. sich zu entladen). Wenn die Zelle 110 nicht pushen (d. h. sich entladen) kann (9), kann die Zellensteuerung 121 den PUSH-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (6) und in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren (7). Wenn die Zelle 110 pushen (d. h. sich entladen) kann (10), kann die Zellensteuerung 121 die Schalter 132 - 138 steuern, um die Zelle 110 in einer positiven Orientierung in den Stapel zuzuschalten. Die Stufe 100 kann dann in den Zustand ausgehender positiver Orientierung (OB POS) 320 übergehen und die Zelle 110 entladen.
  • Wenn sie im Leerlaufzustand 310 ist, kann die Steuerung 121, wenn die Steuerung 121 der Zellenüberwachung 120 einen PULL-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (OBCMD = „PULL“ (2))), eine Richtung des Stromflusses durch den Stapel bestimmen. Wenn der Batteriestapel entladen wird und der durch die Stufe 100 fließende Strom ausgehend ist (11), kann die Zellensteuerung 121 den PULL-Befehl im ausgehenden Kommunikationspfad 150 weiter nach oben leiten (12) und in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren (13). Wenn der Batteriestapel entladen wird und der durch das System 100 fließende Strom nicht ausgehend ist (14), kann die Zellensteuerung 121 feststellen, ob die Zelle 110 dazu fähig ist zu pullen (d. h. sich zu entladen). Wenn die Zelle 110 nicht pullen (d. h. sich entladen) kann (15), kann die Zellensteuerung 121 den PULL-Befehl im OBCP weiter nach oben leiten und in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren (13). Wenn die Zelle 110 pullen (d. h. sich entladen) kann (16), kann die Zellensteuerung 121 die Schalter 132 - 138 steuern, um die Zelle 110 in einer positiven Orientierung in den Stapel zuzuschalten. Die Stufe 100 kann dann in den Zustand ausgehender negativer Orientierung (OB NEG) 330 übergehen und die Zelle 110 entladen.
  • Wenn sie im Leerlaufzustand 310 ist, kann die Steuerung 121, wenn die Steuerung 121 der Zellenüberwachung 120 einen PUSH-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (IBCMD = „PUSH“ (3)), den Zustand der Batteriezelle 110 bestimmen. Wenn die Zelle 110 nicht pushen (d. h. sich entladen) kann (17), kann die Zellensteuerung 121 den PUSH-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (18) und in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren (19). Wenn die Zelle 110 pushen (d. h. sich entladen) kann (20), kann die Zellensteuerung 121 die Schalter 132 - 138 steuern, um die Zelle 110 in einer positiven Orientierung in den Stapel zuzuschalten, und in den Zustand der eingehenden positiven Orientierung (IB POS) 340 übergehen, um die Zelle 110 zu entladen.
  • Wenn sie im Leerlaufzustand 310 ist, kann die Steuerung 121, wenn die Steuerung 121 der Zellenüberwachung 120 einen PULL-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (IBCMD = „PULL“ (4)), den Zustand der Batteriezelle 110 bestimmen. Wenn die Zelle 110 nicht pullen (d. h. sich entladen) kann (21), kann die Zellensteuerung 121 den PULL-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (22) und in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren (23). Wenn die Zelle 110 pullen (d. h. sich entladen) kann (24), kann die Zellensteuerung 121 die Schalter 132 - 138 steuern, um die Zelle 110 in einer negativen Orientierung in den Stapel zuzuschalten, und in den Zustand der eingehenden negativen Orientierung (IB NEG) 350 übergehen, um die Zelle 110 zu entladen.
  • Wenn die Stufe 100 im OB POS-Zustand 320 ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Wenn die Steuerung 121 zum Beispiel einen PUSH-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (d. h. OBCMD = „PUSH“ (25)), kann die Steuerung 121 den PUSH-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (26) und in den OB POS-Zustand 320 zurückkehren (27). Wenn die Steuerung 121 einen PUSH-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (d. h. IBCMD = „PUSH“ (28)), kann die Steuerung 121 den PUSH-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (29) und in den OB POS-Zustand 320 zurückkehren (30). Wenn die Steuerung 121 entweder auf dem IBCP 160 oder dem OBCP 150 einen PULL-Befehl empfängt (32), kann die Steuerung 121 in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren. Ist kein Befehl vorhanden, wenn die Steuerung 121 feststellt, dass die Zelle 110 schwächer wird (d. h. ihre Leistung so schwach wird, dass sie unter eine vorbestimmte Grenze fällt, sodass sie sich nicht länger entladen kann) (31), kann die Zellensteuerung 121 einen lokal erzeugten PUSH-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (6) und in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren (7).
  • Wenn die Stufe 100 im OB NEG-Zustand 330 ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Wenn die Steuerung 121 zum Beispiel einen PULL-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (d. h. OBCMD = „PULL“ (33)), kann die Steuerung 121 den PULL-Befehl im OBCP weiter nach oben leiten (34) und in den OB NEG-Zustand 330 zurückkehren (35). Wenn die Steuerung 121 einen PULL-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (d. h. IBCMD = „PULL“ (36)), kann die Steuerung 121 den PULL-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (37) und in den OB NEG-Zustand 330 zurückkehren (38). Wenn die Steuerung entweder auf dem IBCP 160 oder dem OBCP 150 einen PUSH-Befehl empfängt (47), kann die Steuerung 121 in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren. Ist kein Befehl vorhanden, wenn die Steuerung 121 feststellt, dass die Zelle 110 schwächer wird (d. h. ihre Leistung so schwach wird, dass sie unter eine vorbestimmte Grenze fällt, sodass sie sich nicht länger entladen kann) (56), kann die Zellensteuerung 121 einen lokal erzeugten PULL-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (12) und in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren (13).
  • Wenn die Stufe 100 im IB POS-Zustand 340 ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Wenn die Steuerung 121 zum Beispiel einen PUSH-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (d. h. OBCMD = „PUSH“ (39)), kann die Steuerung 121 den PUSH-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (40) und im IB POS-Zustand 340 bleiben (41). Wenn die Steuerung 121 einen PUSH-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (d. h. IBCMD = „PUSH“ (42)), kann die Steuerung 121 den PUSH-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (43) und im IB POS-Zustand 340 bleiben (44). Wenn die Steuerung 121 entweder auf dem IBCP 160 oder dem OBCP 150 einen PULL-Befehl empfängt (46), kann die Steuerung 121 in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren. Ist kein Befehl vorhanden, wenn die Steuerung 121 feststellt, dass die Zelle 110 schwächer wird (d. h. ihre Leistung so schwach wird, dass sie unter eine vorbestimmte Grenze fällt, sodass sie sich nicht länger entladen kann) (45), kann die Zellensteuerung 121 einen lokal erzeugten PUSH-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (18) und in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren (19).
  • Wenn die Stufe 100 im IB NEG-Zustand 350 ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Wenn die Steuerung 121 zum Beispiel einen PULL-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (d. h. OBCMD = „PULL“ (48)), kann die Steuerung 121 den PULL-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (49) und in den IB NEG-Zustand 350 zurückkehren (50). Wenn die Steuerung 121 einen PULL-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (d. h. IBCMD = „PULL“ (51)), kann die Steuerung 121 den PULL-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (52) und im IB NEG-Zustand 350 bleiben (53). Wenn die Steuerung 121 entweder auf dem IBCP 160 oder dem OBCP 150 einen PUSH-Befehl empfängt (55), kann die Steuerung 121 in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren. Ist kein Befehl vorhanden, wenn die Steuerung 121 feststellt, dass die Zelle 110 schwächer wird (d. h. ihre Leistung so schwach wird, dass sie unter eine vorbestimmte Grenze fällt, sodass sie sich nicht länger entladen kann) (54), kann die Zellensteuerung 121 einen lokal erzeugten PULL-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (22) und in den Leerlaufzustand 310 zurückkehren (23).
  • 4 ist ein Zustandsdiagramm, welches Steuervorgänge einer sich ladenden Zellenstufe 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Zustandsdiagramm stellt eine Reaktion einer Zellenüberwachung 120 dar, wenn sie PUSH/PULL-Befehle von aneinander angrenzenden Zellen in einem Batteriestapel empfängt. Wie in 4 dargestellt, kann die Zellenüberwachung 120 gemäß den unten erläuterten Prozessen Zuschalt-/Umgehungskonfigurationsentscheidungen in Reaktion auf PUSH/PULL-Befehle treffen, die sie über den ausgehenden (oder aufwärtsgerichteten) oder eingehenden (oder abwärtsgerichteten) Kommunikationspfad 150 beziehungsweise 160 empfangen hat. Jeder Pfeil in 4 wird aus Gründen der Zweckmäßigkeit durch eine Zahl (1) - (56) gekennzeichnet.
  • 4 stellt einen Leerlaufzustand 410 dar, welcher eine Umgehungskonfiguration der Stufe 100 repräsentiert. Wenn sie im Leerlaufzustand ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Zum Beispiel kann, wenn die Steuerung 121 der Zellenüberwachung 120 einen PUSH-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (OBCMD = „PUSH“ (1)), die Steuerung 121 eine Richtung des Stromflusses durch den Stapel bestimmen. Wenn der Batteriestapel geladen wird und der durch die Stufe 100 fließende Strom ausgehend ist (5), kann die Zellensteuerung 121 den PUSH-Befehl im ausgehenden Kommunikationspfad 150 weiter nach oben leiten (6) und in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren (7). Wenn der Batteriestapel geladen wird und der durch die Stufe 100 fließende Strom nicht ausgehend ist (8), kann die Zellensteuerung 121 feststellen, ob die Zelle 110 dazu fähig ist zu pushen (d. h. sich zu laden). Wenn die Zelle 110 nicht pushen (d. h. sich laden) kann (9), kann die Zellensteuerung 121 den PUSH-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (6) und in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren (7). Wenn die Zelle 110 pushen (d. h. sich laden) kann (10), kann die Zellensteuerung 121 die Schalter 132 - 138 steuern, um die Zelle 110 in einer positiven Orientierung in den Stapel zuzuschalten. Die Stufe 100 kann dann in den Zustand der ausgehenden positiven Orientierung (OB POS) 420 übergehen und die Zelle 110 laden.
  • Wenn sie im Leerlaufzustand 410 ist, kann die Steuerung 121, wenn die Steuerung 121 der Zellenüberwachung 120 einen PULL-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (OBCMD = „PULL“ (2)), eine Richtung des Stromflusses durch den Stapel bestimmen. Wenn der Batteriestapel geladen wird und der durch die Stufe 100 fließende Strom eingehend ist (11), kann die Zellensteuerung 121 den PULL-Befehl im ausgehenden Kommunikationspfad 150 weiter nach oben leiten (12) und in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren (13). Wenn der Batteriestapel geladen wird und der durch das System 100 fließende Strom nicht eingehend ist (14), kann die Zellensteuerung 121 feststellen, ob die Zelle 110 dazu fähig ist zu pullen (d. h. sich zu laden). Wenn die Zelle 110 nicht pullen (d. h. sich laden) kann (15), kann die Zellensteuerung 121 den PULL-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten und in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren (13). Wenn die Zelle 110 pullen (d. h. sich laden) kann (16), kann die Zellensteuerung 121 die Schalter 132 -138 steuern, um die Zelle 110 in einer positiven Orientierung in den Stapel zuzuschalten. Die Stufe 100 kann dann in den Zustand der ausgehenden negativen Orientierung (OB NEG) 430 übergehen und die Zelle 110 laden.
  • Wenn sie im Leerlaufzustand 410 ist, kann die Steuerung 121, wenn die Steuerung 121 der Zellenüberwachung 120 einen PUSH-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (IBCMD = „PUSH“ (3)), den Zustand der Batteriezelle 110 bestimmen. Wenn die Zelle 110 nicht pushen (d. h. sich laden oder entladen) kann (17), kann die Zellensteuerung 121 den PUSH-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (18) und in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren (19). Wenn die Zelle 110 pushen (d. h. sich laden oder entladen) kann (20), kann die Zellensteuerung 121 die Schalter 132 - 138 steuern, um die Zelle 110 in einer positiven Orientierung in den Stapel zuzuschalten, und in den Zustand der eingehenden positiven Orientierung (IB POS) 440 übergehen, um die Zelle 110 zu laden.
  • Wenn sie im Leerlaufzustand 410 ist, kann die Steuerung 121, wenn die Steuerung 121 der Zellenüberwachung 120 einen PULL-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (IBCMD = „PULL“ (4)), den Zustand der Batteriezelle 110 bestimmen. Wenn die Zelle 110 nicht pullen (d. h. sich laden oder entladen) kann (21), kann die Zellensteuerung 121 den PULL-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (22) und in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren (23). Wenn die Zelle 110 pullen (d. h. sich laden oder entladen) kann (24), kann die Zellensteuerung 121 die Schalter 132 - 138 steuern, um die Zelle 110 in einer negativen Orientierung in den Stapel zuzuschalten und in den Zustand der eingehenden negativen Orientierung (IB NEG) 450 übergehen, um die Zelle 110 zu laden.
  • Wenn die Stufe 100 im OB POS-Zustand 420 ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Wenn die Steuerung 121 zum Beispiel einen PUSH-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (d. h. OBCMD = „PUSH“ (25)), kann die Steuerung 121 den PUSH-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (26) und in den OB POS-Zustand 420 zurückkehren (27). Wenn die Steuerung 121 einen PUSH-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (d. h. IBCMD = „PUSH“ (28)), kann die Steuerung 121 den PUSH-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (29) und in den OB POS-Zustand 420 zurückkehren (30). Wenn die Steuerung 121 entweder auf dem IBCP 160 oder dem OBCP 150 einen PULL-Befehl empfängt (32), kann die Steuerung 121 in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren. Ist kein Befehl vorhanden, wenn die Steuerung 121 feststellt, dass die Zelle 110 sich füllt (d. h. die Zelle 110 sollte nicht über eine vorbestimmte Grenze geladen werden, um Schaden an der Zelle 110 zu verhindern) (31), kann die Zellensteuerung 121 einen lokal erzeugten PUSH-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (6) und in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren (7).
  • Wenn die Stufe 100 im OB NEG-Zustand 430 ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Wenn die Steuerung 121 zum Beispiel einen PULL-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (d. h. OBCMD = „PULL“ (33)), kann die Steuerung 121 den PULL-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (34) und in den OB NEG-Zustand 430 zurückkehren (35). Wenn die Steuerung 121 einen PULL-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (d. h. IBCMD = „PULL“ (36)), kann die Steuerung 121 den PULL-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (37) und in den OB NEG-Zustand 430 zurückkehren (38). Wenn die Steuerung 121 entweder auf dem IBCP 160 oder dem OBCP 150 einen PUSH-Befehl empfängt (47), kann die Steuerung 121 in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren. Ist kein Befehl vorhanden, wenn die Steuerung 121 feststellt, dass die Zelle 110 sich füllt (d. h. die Zelle 110 sollte nicht über eine vorbestimmte Grenze geladen werden, um Schaden an der Zelle 110 zu verhindern) (56), kann die Zellensteuerung 121 einen lokal erzeugten PULL-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (12) und in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren (13).
  • Wenn die Stufe 100 im IB POS-Zustand 440 ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Wenn die Steuerung 121 zum Beispiel einen PUSH-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (d. h. OBCMD = „PUSH“ (39)), kann die Steuerung 121 den PUSH-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (40) und im IB POS-Zustand 440 bleiben (41). Wenn die Steuerung 121 einen PUSH-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (d. h. IBCMD = „PUSH“ (42)), kann die Steuerung 121 den PUSH-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (43) und im IB POS-Zustand 440 bleiben (44). Wenn die Steuerung 121 entweder auf dem IBCP 160 oder dem OBCP 150 einen PULL-Befehl empfängt (46), kann die Steuerung 121 in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren. Ist kein Befehl vorhanden, wenn die Steuerung 121 feststellt, dass die Zelle 110 sich füllt (d. h. die Zelle 110 sollte nicht über eine vorbestimmte Grenze geladen werden, um Schaden an der Zelle 110 zu verhindern) (45), kann die Zellensteuerung 121 einen lokal erzeugten PUSH-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (18) und in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren (19).
  • Wenn die Stufe 100 im IB NEG-Zustand 450 ist, kann die Stufe 100 auf verschiedene Weisen auf empfangene Befehle reagieren. Wenn die Steuerung 121 zum Beispiel einen PULL-Befehl auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 150 empfängt (d. h. OBCMD = „PULL“ (48)), kann die Steuerung 121 den PULL-Befehl im OBCP 150 weiter nach oben leiten (49) und in den IB NEG-Zustand 450 zurückkehren (50). Wenn die Steuerung 121 einen PULL-Befehl auf dem eingehenden Kommunikationspfad 160 empfängt (d. h. IBCMD = „PULL“ (51)), kann die Steuerung 121 den PULL-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (52) und im IB NEG-Zustand 450 bleiben (53). Wenn die Steuerung 121 entweder auf dem IBCP 160 oder dem OBCP 150 einen PUSH-Befehl empfängt (55), kann die Steuerung 121 in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren. Ist kein Befehl vorhanden, wenn die Steuerung 121 feststellt, dass die Zelle 110 sich füllt (d. h. die Zelle 110 sollte nicht über eine vorbestimmte Grenze geladen werden, um Schaden an der Zelle 110 zu verhindern) (54), kann die Zellensteuerung 121 einen lokal erzeugten PULL-Befehl im IBCP 160 weiter nach unten leiten (22) und in den Leerlaufzustand 410 zurückkehren (23).
  • 5 stellt einen Batteriestapel 500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Der Batteriestapel 500 kann mehrere Stufen 1 - N und eine Stapelsteuerung 530 umfassen. Die Stufen 1 - N können ähnlich wie die oben in Bezug auf 1 beschriebene Stufe 100 sein. Die Stapelsteuerung 530 kann den Betrieb der Stufen 1 - N des Batteriestapels 500 über ein Kommunikationsnetzwerk steuern, welches ausgehende und eingehende Kommunikationspfade 540 beziehungsweise 550 (die unten ausführlicher beschrieben werden) umfasst.
  • Aneinander angrenzende Stufen können wie unten stehend beschrieben miteinander gekoppelt sein und bilden den Batteriestapel 500 aus. Jede Stufe 1 - N kann Anschlüsse RX1, RX2, TX1, TX2 (welche ausführlicher in 1 gezeigt werden) umfassen. Die Anschlüsse TX1 und TX2 jeder Stufe können sowohl auf dem ausgehenden Pfad 540 als auch auf dem eingehenden Pfad 550 mit den Anschlüssen RX1 und RX2 einer angrenzenden Stufe gekoppelt sein. Betrachtet man zum Beispiel Stufe 2, kann der Anschluss RX1.2 der Stufe 2 über den ausgehenden Pfad 540 mit dem Anschluss TX1.1 der Stufe 1 gekoppelt sein. Der Anschluss TX1.2 der Stufe 2 kann über den ausgehenden Pfad 540 mit dem Anschluss RX1.3 der Stufe 3 gekoppelt sein. Der Anschluss RX2.2 der Stufe 2 kann über den eingehenden Pfad 550 mit dem Anschluss TX3.1 der Stufe 3 gekoppelt sein. Der Anschluss TX2.2 kann über den eingehenden Pfad 550 mit dem Anschluss RX2.1 der Stufe 1 gekoppelt sein. Die Anschlüsse RX1, RX2, TX1, TX2 der restlichen Stufen 1 und 3 - N können auf ähnliche Weise mit angrenzenden Stufen gekoppelt sein. Ferner können die Anschlüsse RX1.1 und TX2.1 der Stufe 1 über den ausgehenden und eingehenden Pfad 540 und 550 mit der Stapelsteuerung 530 gekoppelt sein.
  • Jede Stufe 1 - N kann auch Ausgangsanschlüsse (oder Knoten) A und B (ähnlich wie die oben beschriebenen Knoten A und B aus 1) umfassen. Die Ausgangsknoten A und B für jede Stufe 1 - N können, wie in 5 gezeigt, in einer Verkettungskonfiguration mit angrenzenden Stufen im Batteriestapel gekoppelt sein. Betrachtet man zum Beispiel Stufe 2, kann der Ausgangsanschluss A-2 der Stufe 2 mit dem Ausgangsanschluss B-3 der Stufe 3 gekoppelt sein, und der Ausgangsanschluss B-2 der Stufe 2 kann mit dem Ausgangsanschluss A-1 der Stufe 1 gekoppelt sein. Ferner können der Ausgangsanschluss B-1 der Stufe 1 (oder der untersten Stufe) und der Ausgangsanschluss A-N der Stufe N (oder der obersten Stufe) mit einer Last (z. B. einem Motor) gekoppelt sein.
  • Jede Stufe 1 - N kann im Wesentlichen dem Zellensteuerungssystem 100 in 1 in Struktur und Betriebsweise ähnlich sein. Jede Stufe kann eine Batteriezelle 510.1 - 510.N und ein Paar aus Zellenüberwachungen (MTRs) 520.1 - 520.N sowie Schalter (562.1 - 568.1 für Stufe 1, 562.2 - 568.2 für Stufe 2, 562.3 - 568.3..., und 562.N - 568. N für Stufe N) umfassen. Die Batteriezellen 510.1 - 510. N und die Zellen-MTRs 520.1 - 520.N sind im Wesentlichen in Struktur und Betriebsweise der Batteriezelle 110 beziehungsweise der Zellenüberwachung 120 in 1 ähnlich. Die Zellenüberwachungen aneinander angrenzender Zellen können unter Verwendung der Anschlüsse TX1, TX2, RX1, RX2 über den ausgehenden und eingehenden Kommunikationspfad 540 beziehungsweise 550 miteinander kommunizieren. Darüber hinaus können die vier Schalter für jede Stufe in Struktur und Betriebsweise im Wesentlichen ähnlich wie die Schalter 132, 134, 136 und 138 in 1 sein.
  • Die Stapelsteuerung 530 kann mit der Zellensteuerung 520.1 der Stufe 1 gekoppelt sein. Die Stapelsteuerung 530 kann auf Basis der Anforderungen der Last (unten ausführlicher beschrieben) PUSH- oder PULL-Befehle auf dem ausgehenden Kommunikationspfad 540 an die Zellen-MTR 520.1 der Stufe 1 senden. Die Stapelsteuerung 530 kann ein Takt- (CLK) Signal empfangen und zeitgesteuerte PUSH/PULL-Befehle durch den Batteriestapel 500 nach oben senden. Die Stapelsteuerung 530 kann auch Mitteilungen von der Zellen-MTR 520.1 auf dem eingehenden Kommunikationspfad 550 empfangen (d. h. PUSH/PULL-Befehle, die zurück zur Stapelsteuerung 530 gelangen).
  • Während des Betriebs kann die Stapelsteuerung 530 den Stapel 500 durch das Zuschalten oder Umgehen bestimmter Zellen 510.1 - 510.N steuern, um der Last eine gewünschte Spannungswellenform zuzuführen, indem sie der Zellen-MTR 520.1 der Stufe 1 über den ausgehenden Kommunikationspfad 540 eine berechnete Anzahl von PUSH/PULL-Befehlen (auf Basis der gewünschten Spannungswellenform) zuführt.
  • Genauer gesagt kann die Stapelsteuerung 530 den Stapel 500 steuern, um die gewünschte Spannungswellenform zu erzeugen, indem sie die von der Last benötigte Spannung bestimmt und das CLK-Signal verwendet, um eine Reihe von zeitgesteuerten PUSH/PULL-Befehlen an den Stapel 500 zu senden. Die Zellen-MTR 520.1 der Stufe 1 kann entscheiden, ob sie in einem „Zuschalt-“ oder „Umgehungs-“ Zustand sein sollte, wie oben in Bezug auf 1-4 beschrieben.
  • Anders gesagt würde die Stufe 1 entweder die Zelle 510.1 zuschalten (d. h. den PUSH/PULL-Befehl befolgen) oder die Zelle 510.1 umgehen und den PUSH/PULL-Befehl an die nächste Zellen-MTR 520.2 (der nächsten Stufe 2) im Batteriestapel 500 über den ausgehenden Kommunikationspfad 540 weitergeben. Wie oben in Bezug auf die Zustandsdiagramme von 2 - 4 beschrieben, können die restlichen Zellen-MTRs 520.2 - 520. N jeder entsprechenden Stufe 2 - N ihre eigene Entscheidung darüber treffen, ob sie die entsprechenden Zellen 510.2 - 510.N zuschalten oder umgehen (und den Befehl im Pfad 540 nach oben weitergeben), bis keine PUSH/PULL-Befehle mehr im Pfad 540 sind (was anzeigt, dass die gewünschte Spannungswellenform zugeführt wird). Unter Umständen kann der PUSH/PULL-Befehl von jeder Stufe 1 - N im Stapel abgelehnt werden, und Befehle können zur Neubewertung auf dem Rückkehrkommunikationspfad 550 zu jeder Stufe N - 1 nach unten zurückkehren.
  • Nimmt man zum Beispiel an, dass der Batteriestapel 500 fünfzig Zellen 510.1 - 510.50 umfasst und jede Zelle 510.1 - 510.50 dazu fähig sein kann, 4 V zuzuführen (sofern sie unbeschädigt ist). Wenn der Motor (oder die Last) + 100 V während eines gegebenen Beschleunigungsvorganges benötigt, kann die Stapelsteuerung 530 fünfundzwanzig aufeinanderfolgende PUSH-Befehle über den ausgehenden Kommunikationspfad 540 an die Zellensteuerung 520.1 der Stufe 1 übertragen. Die Befehle können im Pfad 540 nach oben wandern, bis fünfundzwanzig Zellen entscheiden, sich „zuzuschalten“, um der Last etwa 100 V zuzuführen. Auf ähnliche Weise kann die Stapelsteuerung 530 fünfundzwanzig aufeinanderfolgende PULL-Befehle übertragen, um den Batteriestapel 500 so zu steuern, dass er dem Motor - 100 V bereitstellt.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Stapelsteuerung 530 den Batteriestapel 500 steuern, um eine konstante Spannungswellenform zuzuführen (z. B. um einen Elektromotor anzutreiben), indem sie eine Reihe von PUSH- (oder PULL-) Befehlen im ausgehenden Kommunikationspfad 540 nach oben überträgt. Der Stapel 500 kann schließlich eine gewünschte konstante (entweder positive oder negative) Wellenform zuführen, nachdem eine passende Anzahl von Zellen zugeschaltet wurde. Die Stapelsteuerung 530 kann die vom Stapel 500 zugeführte konstante Spannung erhöhen, indem sie mehr PUSH- (oder, falls eine negative Spannung erforderlich ist, PULL-) Befehle im aufwärtsgerichteten Kommunikationspfad 540 nach oben sendet. Auf ähnliche Weise kann die Stapelsteuerung 530 die vom Stapel 500 während des Betriebs zugeführte konstante Spannung verringern, indem sie eine Reihe von PULL-(oder PUSH-) Befehlen im ausgehenden Kommunikationspfad 540 nach oben sendet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Stapelsteuerung 530 den Batteriestapel 500 steuern, um eine sinusförmige Spannungswellenform zuzuführen. In einer solchen Ausführungsform kann die Stapelsteuerung 530 eine Vielzahl von einander abwechselnden PUSH/PULL-Befehlssätzen in der folgenden, sich wiederholenden Abfolge senden, damit die Ausgangsspannungswellenform oszillieren kann: (1) eine Reihe von PUSH-Befehlen (um Zellen zuzuschalten, um eine positive Spannung bereitzustellen), (2) eine Reihe von PULL-Befehlen (um die Zellen zu umgehen, die zugeschaltet wurden, um in (1) eine positive Spannung bereitzustellen), (3) eine Reihe von PULL-Befehlen (um Zellen zuzuschalten, um eine negative Spannung bereitzustellen) und (4) eine Reihe von PUSH-Befehlen (um die Zellen zu umgehen, die zugeschaltet wurden, um in (3) eine negative Spannung bereitzustellen). Die Stapelsteuerung 530 kann den Stapel 500 auch steuern, um verschiedene andere Ausgangswellenformen zuzuführen, wie es von der Last gewünscht wird, die der Stapel 500 ansteuert.
  • Der Batteriestapel 500 kann auch Dioden 572.1 - 578.1 (für Stufe 1), 572.2 - 578.2 (für Stufe 2), 572.3 - 578.3 ... und 572.N - 578.N (für Stufe N) umfassen, die gegebenenfalls mit den Schaltern in jeder Stufe 1 - N gekoppelt sind. Die Dioden können jeweils einen Ladungs- und Entladungsüberspannungsschutz für die entsprechenden Batteriezellen 510.1 - 510. N in jeder Stufe 1 - N bereitstellen.
  • 6 stellt einen Batteriestapel 600 gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Der Batteriestapel 600 kann eine Stapelsteuerung 630 sowie eine Vielzahl von Stufen 1 - N umfassen, die in ihrer Struktur und Betriebsweise der Stapelsteuerung 530 und den Stufen 1 - N aus 5 ähnlich sein können. Der Batteriestapel 600 aus 6 kann jedoch auch einen Isolator 680 umfassen. Der Isolator kann eine beliebige Vorrichtung sein, die dazu geeignet ist, eine elektrische Isolierung zwischen der Stapelsteuerung 630 und der Stufe N aufrechtzuerhalten, zum Beispiel ein Transformator, ein optischer Isolator, ein kapazitiver Isolator oder Ähnliches.
  • Der Isolator 680 kann zwischen der Stapelsteuerung 630 und der letzten Stufe N im Batteriestapel 600 gekoppelt sein. Der Transformator 680 kann es der Stapelsteuerung 630 erlauben, direkt mit der Zellen-MTR 620.N der Stufe N zu kommunizieren, ohne die Stapelsteuerung 630 zu beschädigen. Die Stapelsteuerung 630 kann nicht auf andere Weise dazu fähig sein, direkt mit der letzten Stufe N zu kommunizieren, weil die Stapelsteuerung 630 dadurch den hohen Spannungen ausgesetzt würde, die auf der Stufe N des Stapels 600 vorliegen (die hohen Spannungen können die Stapelsteuerung 630 beschädigen).
  • Der Batteriestapel 600 kann gegebenenfalls einen weiteren Transformator 690 umfassen, der zwischen der letzten Stufe N und der Stapelsteuerung 630 gekoppelt ist. Der Transformator 690 kann es der Stapelsteuerung 630 erlauben, direkt mit der Zellen-MTR 620.N der Stufe N zu kommunizieren, ohne die Stapelsteuerung 630 zu beschädigen. Die Stapelsteuerung 630 kann nicht auf andere Weise dazu fähig sein, direkt mit der letzten Stufe N zu kommunizieren, weil die Stapelsteuerung 630 dadurch den hohen Spannungen ausgesetzt würde, die auf der Stufe N des Stapels 600 vorliegen (die hohen Spannungen können die Stapelsteuerung 630 beschädigen).
  • 7 stellt ein Batteriepack 700 dar, welches eine Batteriezelle 710 mit einer integrierten Steuerung 720 zum Störungsschutz umfasst. Das Batteriepack 700 kann eine Batteriezelle 710, eine lokale Steuerung 720, MOSFET-Transistoren 732, 734, 736 und 738, Ausgangsanschlüsse T1 und T2 sowie Leistungsanschlüsse „P“ umfassen. Die Gateanschlüsse der Transistoren 732 - 738 können, wie in 7 dargestellt, in einer H-Brückenkonfiguration mit der Steuerung 720 gekoppelt sein. Die Drainanschlüsse der Transistoren 732 und 734 können mit einem positiven Anschluss („+“) der Batteriezelle 710 gekoppelt sein, und die Sourceanschlüsse der Transistoren 732 und 734 können mit den Ausgangsanschlüssen T1 beziehungsweise T2 gekoppelt sein. Die Sourceanschlüsse der Transistoren 736 und 738 können mit einem negativen Anschluss („-“) der Batteriezelle 710 gekoppelt sein, und die Drainanschlüsse der Transistoren 736 und 738 können mit den Ausgangsanschlüssen T1 beziehungsweise T2 gekoppelt sein. Die Steuerung 720 kann ebenfalls mit den „+“- und „-“-Anschlüssen der Zelle 710 und den Leistungsanschlüssen P gekoppelt sein.
  • Die Zelle 710 kann eine Bleisäure-, Nickel-Metallhydrid- (NiMH-), Lithium-Ionen-(Li-ion-) oder ein anderer Batterietyp sein, der in einen Batteriestapel integriert sein kann, um Leistung zum Ansteuern von Hybridfahrzeugen bereitzustellen. Die Zelle 710 kann einen positiven Anschluss „+“ und einen negativen Anschluss „-“ umfassen, die selektiv an die Anschlüsse T1 und T2 gekoppelt sein können. Die Anschlüsse T1 und T2 können mit Anschlüssen aneinander angrenzender Batteriepacks in einem Batteriestapel gekoppelt sein, der (ähnlich wie der Batteriestapel in 5) zum Ansteuern einer Last verwendet wird.
  • Die Steuerung 720 (die ähnlich wie die Steuerung 121 in 1 oder die Steuerung 520 in 5 sein kann) kann einen Mikrocontroller, einen programmierbaren Prozessor und/oder eine Zustandsmaschine umfassen und kann den Zustand der Zelle 710 (über die Anschlüsse + und -) sowie den Strom messen, der zwischen T1 und T2 fließt, um das Vorliegen einer Störung festzustellen. Die Steuerung 720 kann mit den Leistungsanschlüssen P gekoppelt sein, was einen Kommunikationskanal bereitstellen kann, welcher der Steuerung 720 (auf ähnliche Weise wie oben in Bezug auf 1 - 6 beschrieben) erlaubt, Befehle an angrenzende Zellen im Batteriestapel zu kommunizieren (PUSH/PULL-Befehle an diese zu senden). Die Steuerung 720 kann intern von der Zelle 710 angetrieben werden.
  • Die Transistoren 732 - 738 können MOSFETs einer ausreichenden Größe sein, um als Leistungstransistoren oder mechanische Schalter zu dienen. Die Transistoren 732 und 738 können Verarmungsmodus-MOSFETs sein (d. h. sie werden von Strom durchflossen, wenn sie ausgeschaltet sind), und die Transistoren 734 und 736 können Verstärkungsmodus-MOSFETs sein (d. h. sie werden von Strom durchflossen, wenn sie eingeschaltet sind).
  • Während des Regelbetriebs (d. h. die Steuerung 720 aktiviert die Schalter 732 - 738 nicht), kann der „+“-Anschluss der Zelle 710 mit T1 gekoppelt sein, und der „-“-Anschluss der Zelle 710 kann mit T2 gekoppelt sein. Daher kann, sogar wenn die Steuerung eine Fehlfunktion aufweist oder kaputtgeht, die Batteriezelle 710 immer noch mit den Anschlüssen T1 und T2 gekoppelt sein, sodass die Zelle 710 nicht im Batteriestapel umgangen wird.
  • Wenn die Steuerung 720 feststellt, dass ein hoher Strom zwischen T1 bis T2 fließt (d. h. eine Störbedingung vorliegt), kann die Steuerung 720 feststellen, dass die Zelle 710 Gefahr läuft, beschädigt zu werden. In solchen Fällen kann die Steuerung 720 die Verarmungsmodus-MOSFETs 732 und 738 einschalten, sodass sie keinen Strom leiten, und die Verstärkungsmodus-MOSFETs 734 und 736 ausgeschaltet lassen, sodass sie keinen Strom leiten. Dieser Vorgang isoliert die Batteriezelle 710 effektiv vom hohen Strom, der zwischen den Anschlüssen T1 und T2 fließt, sodass die Zelle 710 unbeschädigt bleibt. Diese Art von „Störungsschutz“ kann nützlich sein, wenn die Zellen eines Batteriestapels schweren Fehlerereignissen wie z. B. einem Eintauchen unterliegen. Ferner kann das Batteriepack 700 eine wasserdichte Einhausung sein, um zu verhindern, dass Wasser in das Gehäuse eindringt und die Zelle 710 und die Steuerung 720 beschädigt. Die Steuerung 720 kann auch (unter Verwendung eines Sensors, der dem in 1 gezeigten Sensor ähnlich ist) die Temperatur innerhalb des Batteriepacks 700 überwachen. Wenn die Temperatur zu hoch ist (oberhalb einer vorbestimmten Grenze), kann dies ebenfalls eine Störbedingung anzeigen, und die Steuerung 720 kann die Batteriezelle 710 wie oben beschrieben von den Anschlüssen T1 und T2 trennen.
  • Das Batteriepack 700 kann in einen Batteriestapel integriert sein, der den oben in 5 und 6 beschriebenen Batteriestapeln ähnlich ist. Bei solchen Systemen können, wie in 7 gezeigt, jede Batteriezelle und jedes Steuerungspaar (oder „Stufe“) in einem gemeinsamen Batteriegehäuse 700 bereitgestellt sein. Jede Stufe kann auf ähnliche Weise wie die oben in 1 - 5 beschriebenen Stufen betrieben werden und kann wie oben beschrieben mit benachbarten Stufen über ein Kommunikationsnetzwerk (wie in 4 und 5 gezeigt) kommunizieren.
  • Das Batteriepack 700 kann auch Dioden 742, 744, 746 und 748 umfassen, die mit einem Source- und einem Drainanschluss entsprechender Transistoren 732, 734, 736 und 738 gekoppelt sein können. Die Dioden 742, 744, 746 und 748 können gegebenenfalls umfasst sein, um einen Lade- und Entladeüberstromschutz für die Transistoren 732, 734, 736 und 738 bereitzustellen.
  • 8 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Zellensteuerungskommunikationsnetzwerks 800, welches ein Leapfrogging-Protokoll gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung implementiert. Das Diagramm in 8 vernachlässigt die Batteriezellen und Schalter in 1, 5 und 6 aus Gründen der Vereinfachung und konzentriert sich auf ein Kommunikationsnetzwerk 800 zwischen den Zellsteuerungen in einer Vielzahl von Stufen eines Batteriestapels. Das Kommunikationsnetzwerk 800 kann eine Vielzahl von Zellenüberwachungen 810.1 - 810.N umfassen, welche in einer „Leapfrogging-“ Konfiguration 860 verbunden sein können. In einer Leapfrogging-Konfiguration kann jede Zellenüberwachung 810.1, 810.2, 810.3, ... - 810.N mit den beiden nächstgelegenen benachbarten Zellenüberwachungen, die ihr im Netzwerk 800 nachfolgen, sowie mit den beiden nächstgelegenen benachbarten Zellenüberwachungen, die ihr im Netzwerk 800 vorausgehen, gekoppelt sein.
  • Jede Zellenüberwachung, beispielsweise die Überwachung 810.1, kann eine lokale Steuerung 820.1, einen lokalen Sender 830.1, einen ersten lokalen Empfänger 840.1 sowie einen zweiten lokalen Empfänger 850.1 umfassen. Jede lokale Steuerung 820.1 kann mit einem jeweiligen lokalen Sender 830.1, einem ersten lokalen Empfänger 840.1 sowie einem zweiten lokalen Empfänger 850.1 gekoppelt sein. Jeder erste lokale Empfänger 840.1 kann mit einem Sender einer unmittelbar vorausgehenden Zellensteuerung im Netzwerk 800 gekoppelt sein. Jeder zweite lokale Empfänger 850.1 kann die unmittelbar vorausgehende Zellenüberwachung „überspringen“ und mit einem Sender einer Zellenüberwachung gekoppelt sein, die im Netzwerk 800 zwei Knoten weiter unten ist.
  • Betrachtet man zum Beispiel die Zellenüberwachung 810.3, kann der erste lokale Empfänger 840.3 mit dem Sender 830.2 in der Zellenüberwachung 810.2 gekoppelt sein. Der zweite lokale Empfänger 850.3 kann mit dem Sender 830.1 in der Zellenüberwachung 810.1 gekoppelt sein.
  • Der Betrieb jeder Zellenüberwachung 810.1 - 810.N im Kommunikationsnetzwerk 800 wird nun unter Verwendung der Zellenüberwachung 810.3 als Beispiel beschrieben. Während des Normbetriebs kann der erste lokale Empfänger 840.3 PUSH/PULL-Befehle vom Sender 830.2 in der Zellenüberwachung 810.2 empfangen. Die Steuerung 820.3 kann die empfangenen PUSH/PULL-Befehle verarbeiten und feststellen, ob sie eine entsprechende Batteriezelle PUSHt/PULLt oder den empfangenen PUSH/PULL-Befehl unter Verwendung des lokalen Senders 830.3 an die nächste Zellenüberwachung 810.4 im Netzwerk 800 überträgt. (Dieser Prozess wird unten in Bezug auf 1 - 6 ausführlicher beschrieben.)
  • In manchen Fällen kann jedoch eine Störung im Kommunikationsnetzwerk 800 vorliegen. Die Zellensteuerung 820.3 der Zellenüberwachung 810.3 kann den Sender 830.1 der Zellenüberwachung 810.1 „belauschen“. Wenn die Zellenüberwachung 810.1 über den Sender 830.1 zwei Befehle (entweder PUSH- oder PULL-Befehle) an die Zellenüberwachung 810.2 überträgt und der Sender 830.2 nie einen Befehl (entweder einen PUSH- oder PULL-Befehl) an die Zellenüberwachung 810.3 weitergibt, kann die Zellensteuerung 820.3 der Zellenüberwachung 810.3 feststellen, dass eine Störung in der Zellenüberwachung 810.2 vorliegt. Wenn auf diese Weise eine Störung erkannt wird, kann die Steuerung 820.3 die Zellenüberwachung 810.2 im Netzwerk 800 „überspringen“ (oder umgehen) und fortan auf PUSH/PULL-Befehle von der Zellenüberwachung 810.1 reagieren.
  • Jede Zellenüberwachung 810.1 - 810. N im Netzwerk 800 kann dem oben beschriebenen Leapfrogging-Protokoll folgen, um zu verhindern, dass eine Störung in irgendeiner der Zellenüberwachungen 810.1, 810.2, 810.3, ... - 810. N das gesamte Kommunikationsnetzwerk 800 blockiert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Steuerung 820.3 der Zellenüberwachung 810.3 feststellen, dass sie über eine vorbestimmte Zeitspanne keinen PUSH/PULL-Befehl von der vorausgehenden Zellensteuerung 810.2 im Netzwerk 800 empfangen hat. Das Fehlen von PUSH/PULL-Befehlen, die von der vorausgehenden Zellenüberwachung 810.2 empfangen werden, kann anzeigen, dass die Zellensteuerung 810.2 gestört ist. In solchen Fällen kann die Zellensteuerung 820.3 feststellen, ob der zweite lokale Empfänger 850.3 während derselben Zeitspanne einen PUSH/PULL-Befehl vom Sender 830.1 in der Zellenüberwachung 810.1 empfangen hat, die im Kommunikationsnetzwerk 800 zwei Knoten weiter unten ist.
  • Wenn der Sender 830.1 in der Zellenüberwachung 810.1 keinen PUSH/PULL-Befehl während derselben Zeitspanne übertragen hat, kann die Steuerung 820.3 feststellen, dass kein Fehler an der Zellenüberwachung 810.2 vorliegt und dass einfach keine PUSH/PULL-Befehle im Netzwerk 800 vorliegen. Wenn der Sender 830.1 jedoch PUSH/PULL-Befehle während derselben Zeitspanne übertragen hat, kann die Steuerung 820.3 feststellen, dass die Zellenüberwachung 810.2 gestört ist. Wenn die Zellenüberwachung 810.2 gestört ist, kann die Steuerung 820.3 die Zellenüberwachung 810.2 im Netzwerk 800 „überspringen“ (oder umgehen) und fortan auf PUSH/Pull-Befehle von der Zellenüberwachung 810.1 reagieren.

Claims (42)

  1. System, aufweisend: eine erste lokale Steuerung (820.1) zum Steuern eines ersten Schaltersystems (562.1...568.1), um eine erste Batteriezelle (510.1) selektiv mit einer ersten Stufe (STG 1) eines Batteriestapels (500) zu verbinden und von dieser zu trennen; und eine zweite lokale Steuerung (820.2) zum Steuern eines zweiten Schaltersystems (562.2...568.2), um eine zweite Batteriezelle (510.2) selektiv mit einer zweiten Stufe (STG 2) eines Batteriestapels (500) zu verbinden und von dieser zu trennen, und wobei die erste lokale Steuerung (820.1) und die zweite lokale Steuerung (820.2) über ein verkettetes Kommunikationssystem (800) kommunizieren; sowie eine mit dem Kommunikationssystem (800) verbundene Stapelsteuerung (530), um Befehlssignale an die erste lokale Steuerung (820.1) und die zweite lokale Steuerung (820.2) zu senden, welche gewünschte Änderungen einer Ausgangsspannung des Batteriestapels (500) repräsentieren, und einen Isolator (680), welcher im Kommunikationssystem (800) zwischen einer letzten Stufe (STG N) des Batteriestapels (500) und der Stapelsteuerung (530) gekoppelt ist, wobei die erste lokale Steuerung (820.1) einen ersten Befehl von der Stapelsteuerung (530) empfängt und zumindest teilweise auf Basis lokaler Betriebsbedingungen der ersten Batteriezelle (510.1) bestimmt, den ersten Befehl an die zweite lokale Steuerung (820.2) weiterzuleiten, und wobei die zweite lokale Steuerung (820.2) den ersten Befehl von der ersten lokalen Steuerung (820.1) empfängt und zumindest teilweise auf Basis lokaler Betriebsbedingungen der zweiten Batteriezelle (510.2) bestimmt, den ersten Befehl aufzunehmen.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die erste lokale Steuerung (820.1) mit einem ersten Empfänger (840.1) kommuniziert, um die Befehlssignale zu empfangen; und einen ersten Sensor (126), um die Betriebsbedingungen der zugeordneten ersten Batteriezelle (510.1) zu messen.
  3. System nach Anspruch 2, wobei der erste Sensor (126) eine Richtung des Stroms misst, der durch die erste Batteriezelle (510.1) fließt, und die lokale Betriebsbedingung der ersten Batteriezelle (510.1) die Richtung des durch die erste Batteriezelle (510.1) fließenden Stroms aufweist.
  4. System nach Anspruch 2, wobei der erste Sensor (126) einen Ladezustand der ersten Batteriezelle (510.1) misst und die lokale Betriebsbedingung den Ladezustand der ersten Batteriezelle (510.1) aufweist.
  5. System nach Anspruch 1, wobei die erste lokale Steuerung (820.1) mit einem Arbeitsspeicher (127) kommuniziert, um die lokale Betriebsbedingungen der ersten Batteriezelle (510.1) zu speichern.
  6. System nach Anspruch 1, wobei die erste lokale Steuerung (820.1) mit einem Arbeitsspeicher (127) kommuniziert, um eine Konfiguration des ersten Schaltersystems (562.1...568.1) zu speichern.
  7. System nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationssystem (800) bidirektional ist.
  8. System nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationssystem (800) unidirektional ist.
  9. System nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsspannung unipolar ist.
  10. System nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsspannung eine bipolare Wellenform ist.
  11. System nach Anspruch 1, wobei das erste Schaltersystem (562.1...568.1) eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren (FETs) aufweist.
  12. System nach Anspruch 11, wobei die Vielzahl von FETs in einer H-Brückenkonfiguration mit der ersten Batteriezelle (510.1) gekoppelt ist.
  13. System, aufweisend: eine erste lokale Steuerung (820.1) zum Steuern eines ersten Schaltersystems (562.1...568.1), um eine erste Batteriezelle (510.1) mit einer ersten Stufe (STG 1) einer Vielzahl von Stufen (STG 1...STG N) eines Batteriestapels (500) zu verbinden und von dieser zu trennen; und eine zweite lokale Steuerung (820.2) zum Steuern eines zweiten Schaltersystems (562.2...568.2), um eine zweite Batteriezelle mit einer zweiten Stufe (STG 2) der Vielzahl von Stufen (STG 1...STG N) des Batteriestapels zu verbinden und von dieser zu trennen; und wobei die zweite lokale Steuerung (820.2) und die erste lokale Steuerung (820.1) über ein verkettetes Kommunikationssystem (800) kommunizieren; eine Stapelsteuerung (530), welche mit dem Kommunikationssystem (800) verbunden ist, um Befehlssignale an den Batteriestapel (500) zu senden, welche gewünschte Änderungen einer Ausgangsspannung des Batteriestapels (500) repräsentieren; und einen Isolator (680), welcher zwischen einer letzten Stufe (STG N) der Vielzahl von Stufen des Batteriestapels (500) und der Stapelsteuerung (530) gekoppelt ist, wobei die erste lokale (820.1) Steuerung einen ersten Befehl empfängt und zumindest teilweise auf Basis lokaler Betriebsbedingungen der ersten Batteriezelle (510.1) bestimmt, den ersten Befehl an die zweite lokale Steuerung (820.2) weiterzuleiten, und wobei die zweite lokale Steuerung (820.2) den ersten Befehl von der ersten lokalen Steuerung (820.1) empfängt und zumindest teilweise auf Basis lokaler Betriebsbedingungen der zweiten Batteriezelle (510.2) bestimmt, den ersten Befehl aufzunehmen.
  14. System nach Anspruch 13, wobei die erste lokale Steuerung (820.1) ferner einen ersten Empfänger (840.1), um die Befehlssignale zu empfangen, aufweist.
  15. System nach Anspruch 14, wobei die erste lokale Steuerung (820.1) mit einem ersten Sensor (126) kommuniziert, der eine Richtung des durch die erste Batteriezelle (510.1) fließenden Stroms misst und die lokalen Betriebsbedingungen der ersten Batteriezelle (510.1) die Richtung des durch die erste Batteriezelle (510.1) fließenden Stroms aufweist.
  16. System nach Anspruch 14, wobei die erste lokale Steuerung (820.1) mit einem ersten Sensor (126) kommuniziert, der einen Ladezustand der ersten Batteriezelle (510.1) misst und die lokalen Betriebsbedingungen der ersten einen Ladezustand der ersten Batteriezelle (510.1) aufweisen.
  17. System nach Anspruch 13, wobei die erste lokale Steuerung (820.1) mit einem Arbeitsspeicher (127) kommuniziert, um Betriebsbedingungen der ersten Batteriezelle (510.1) zu speichern.
  18. System nach Anspruch 13, wobei die erste lokale Steuerung (820.1) mit einem Arbeitsspeicher (127) kommuniziert, um eine Konfiguration des ersten Schaltersystems (562.1...568.1) zu speichern.
  19. System nach Anspruch 13, wobei das Kommunikationssystem (800) unidirektional ist.
  20. System nach Anspruch 13, wobei die Ausgangsspannung eine unipolare Spannung ist.
  21. System nach Anspruch 13, wobei die Ausgangsspannung eine bipolare Wellenform ist.
  22. System nach Anspruch 13, wobei das erste Schaltersystem (562.1...568.1) eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren (FETs) aufweist.
  23. System nach Anspruch 22, wobei die Schalter in einer H-Brückenkonfiguration mit der ersten Batteriezelle gekoppelt sind.
  24. System nach Anspruch 13, wobei die Stapelsteuerung (530) Befehlssignale an eine erste Stufe (STG 1) und an eine letzte Stufe (STG N) des Batteriestapels (500) sendet.
  25. System nach Anspruch 13, welches ferner einen zweiten Isolator aufweist, der zwischen einer letzten Stufe (STG N) des Batteriestapels (500) und der Stapelsteuerung gekoppelt ist, wobei die Stapelsteuerung (530) Befehlssignale von der letzten Stufe (STG N) im Batteriestapel (500) empfängt.
  26. Batteriestapel-Vorrichtung, aufweisend: eine Vielzahl an Schaltkreisstufen (STG 1...STG N), wobei eine erste Schaltkreisstufe (STG 3) der Vielzahl an Schaltkreisstufen (STG 1...STG N) aufweist: einen ersten Empfänger (850.3) zum Empfangen von Befehlssignalen von einer ersten entsprechenden vorausgehenden Schaltkreisstufe (STG 1); einen zweiten Empfänger (840.3) zum Empfangen von Befehlssignalen von einer zweiten entsprechenden vorausgehenden Schaltkreisstufe (STG 2); sowie eine Steuerung (820.3), um: in einem Normalbetriebsmodus zu arbeiten, indem Operationen ausgeführt werden, die aufweisen: Empfangen von Befehlssignalen von der ersten vorausgehenden Schaltkreisstufe (STG 1); Empfangen von Befehlssignalen von der zweiten vorausgehenden Schaltkreisstufe (STG 2); und Feststellen einer Störung in der ersten vorangehenden Schaltkreisstufe (STG 1) zumindest teilweise auf Basis eines Vergleiches von zumindest einem Teil der Befehlssignale vor der ersten vorangehenden Schaltkreisstufe (STG 1) mit zumindest einem Teil der Befehlssignale von der zweiten vorangehenden Schaltkreisstufe (STG 2); und nach dem Feststellen der Störung in der ersten vorangehenden Schaltkreisstufe (STG 1), Betreiben in einem Leapfrogging-Protokoll-Modus durch Ausführen von Operationen aufweisend: Empfangen zweiter Befehlssignale von der zweiten vorangehenden Schaltkreisstufe (STG 2); und Reagieren auf ein Befehlssignal, das aus den von der zweiten vorausgehenden Schaltkreisstufe (STG 2) empfangenen zweiten Befehlssignalen ausgewählt ist.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Steuerung (820.3) eine Schaltkreisstufe (STG 3) eines Batteriestapels (500) steuert, welcher die Vielzahl von Schaltkreisstufen (STG 1...STG N) aufweist, und die Steuersignale Änderungen einer gewünschten Ausgangsspannung des Batteriestapels (500) repräsentieren.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei jede Stufe (STG 1...STG N) eine Batteriezelle (510.1...510.N) aufweist.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 27, welche ferner eine Batteriestapelsteuerung (630) aufweist, um die Vielzahl von Schaltkreisstufen (STG 1...STG N) zu steuern.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Erkennen der Störung Folgendes aufweist: Feststellen, dass die erste vorausgehende Schaltkreisstufe (STG 1) nicht länger Befehlssignale an den ersten Empfänger (850.3) sendet; und Feststellen, dass die zweite vorausgehende Schaltkreisstufe (STG 2) immer noch Befehlssignale an den zweiten Empfänger (840.3) sendet.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei die erste Schaltkreisstufe (STG 1) ferner einen Sender (830.3) aufweist, um gemeinsame Befehlssignale an erste und zweite nachfolgende Schaltkreisstufen (STG 1, STG 2) zu übertragen.
  32. System, aufweisend: einen Batteriestapel (500), welcher eine Vielzahl von Batteriestufen (STG 1...STG N) aufweist; und ein Kommunikationsnetzwerk (800), welches unter den Batteriestufen (STG 1...STG N) bereitgestellt ist, um eine Datenübertragung zwischen den Batteriestufen (STG 1...STG N) auszutauschen, wobei eine erste Batteriestufe (STG 3) der Vielzahl von Batteriestufen (STG 1...STG N) Folgendes aufweist: einen Sender (830.3), um gemeinsame Befehlssignale an eine erste nachfolgende Batteriestufe und eine zweite nachfolgende Batteriestufe (810.N) zu übertragen; einen ersten Empfänger (850.3), um Befehlssignale von einer ersten vorausgehenden Batteriestufe (STG 1) zu empfangen; einen zweiten Empfänger (840.3), um Befehlssignale von einer zweiten vorausgehenden Batteriestufe (STG 2) zu empfangen; und eine Steuerung (820.3), um auf Befehlssignale zu reagieren, die von der ersten vorausgehenden Batteriestufe (STG 1) empfangen wurden; Befehlssignale, die an den ersten und zweiten Empfängern (850.3, 840.3) empfangen wurden, zu vergleichen, um eine Störung in der ersten vorausgehenden Batteriestufe (STG 1) festzustellen; und nach dem Feststellen auf Befehlssignale von der zweiten vorausgehenden Batteriestufe (STG 2) zu reagieren.
  33. System nach Anspruch 32, wobei die erste Batteriestufe (STG 1) ferner eine Batteriezelle (510.1) aufweist.
  34. System nach Anspruch 32, wobei die Befehlssignale Änderungen einer gewünschten Ausgangsspannung des Batteriestapels (500) repräsentieren.
  35. System nach Anspruch 32, welches ferner eine Batteriestapelsteuerung (630) aufweist, um die Vielzahl von Batteriestufen (STG 1...STG N) zu steuern.
  36. System nach Anspruch 32, wobei das Erkennen der Störung Folgendes aufweist: Feststellen, dass die erste vorausgehende Batteriestufe (STG 1) nicht länger Befehlssignale an den ersten Empfänger (850.3) sendet; und Feststellen, dass die zweite vorausgehende Batteriestufe (STG 2) immer noch Befehlssignale an den zweiten Empfänger (840.3) sendet.
  37. Verfahren zum Betreiben einer ersten Stufe (STG 3) eines Batteriestapels (500) aufweisend eine Vielzahl an Stufen (STG 1...STG N), aufweisend: Empfangen an einer ersten Stufensteuerung (820.3) der ersten Stufe (STG 3) eines ersten Befehlssignals von einer ersten vorausgehenden Stufe (STG 1); Empfangen an der ersten Stufensteuerung (820.3) eines zweiten Befehlssignals von einer zweiten vorausgehenden Stufe (STG 2); Reagieren auf das erste Befehlssignal, welche von der ersten vorausgehenden Stufe (STG 1) empfangen wurden; Empfangen an der ersten Stufensteuerung (820.3) eines dritten Befehlssignals von der ersten vorausgehenden Stufe (STG 1); Empfangen an der ersten Stufensteuerung (820.3) eines vierten Befehlssignals von der zweiten vorausgehenden Stufe (STG 2); Feststellen an der ersten Stufensteuerung (820.3) einer Störung an der ersten vorausgehenden Stufe (STG 1) zu mindestens basierend auf dem dritten Befehlssignal und dem vierten Befehlssignal; und nach dem Feststellen des an der ersten vorangehenden Stufe (STG 1) vorhandenen Fehlers, Reagieren auf mindestens ein von der zweiten vorangehenden Stufe (STG 2) empfangenes Befehlssignal.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei die erste Stufe (STG 1) eine Batteriezelle (510.1) aufweist.
  39. Verfahren nach Anspruch 37, wobei das erste Befehlssignal Änderungen einer gewünschten Ausgangsspannung des Batteriestapels (500) repräsentieren.
  40. Verfahren nach Anspruch 37, welches ferner eine Batteriestapelsteuerung (630) aufweist, um die Vielzahl von Stufen (STG 1...STG N) zu steuern.
  41. Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Erkennen der Störung Folgendes aufweist: Feststellen, dass die erste vorausgehende Stufe (STG 1) nicht länger Befehlssignale an die erste Stufensteuerung (630) sendet; und Feststellen, dass die zweite vorausgehende Stufe (STG 2) immer noch Befehlssignale an die zweite Stufensteuerung (630) sendet.
  42. Verfahren nach Anspruch 37, welches ferner das Übertragen gemeinsamer Befehlssignale an erste und zweite nachfolgende Stufen (STG 1, STG 2) aufweist.
DE112014003647.1T 2013-08-06 2014-08-06 Steuersysteme und -verfahren für Batteriezellen und Batteriestapel Active DE112014003647B4 (de)

Applications Claiming Priority (16)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361862835P 2013-08-06 2013-08-06
US61/862,835 2013-08-06
USUS-61/862,835 2013-08-06
USUS-14/452,357 2014-08-05
US14/452,163 US10033212B2 (en) 2013-08-06 2014-08-05 Battery cell with discretion to drive loads within battery stack
US14/452,357 US9748786B2 (en) 2013-08-06 2014-08-05 Battery stack with leapfrogging protocol
USUS-14/452,272 2014-08-05
US14/452,272 2014-08-05
US14/452,311 2014-08-05
US14/452,357 2014-08-05
USUS-14/452,311 2014-08-05
USUS-14/452,163 2014-08-05
US14/452,311 US9601940B2 (en) 2013-08-06 2014-08-05 Battery pack with locally controlled disconnect safeguards
US14/452,163 2014-08-05
US14/452,272 US9923399B2 (en) 2013-08-06 2014-08-05 Battery stack with distributed control of cells driving events
PCT/US2014/049958 WO2015021167A1 (en) 2013-08-06 2014-08-06 Battery cell and battery stack control systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112014003647T5 DE112014003647T5 (de) 2016-04-21
DE112014003647B4 true DE112014003647B4 (de) 2024-05-29

Family

ID=52448069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112014003647.1T Active DE112014003647B4 (de) 2013-08-06 2014-08-06 Steuersysteme und -verfahren für Batteriezellen und Batteriestapel

Country Status (3)

Country Link
US (5) US10033212B2 (de)
DE (1) DE112014003647B4 (de)
WO (1) WO2015021167A1 (de)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10536007B2 (en) * 2011-03-05 2020-01-14 Powin Energy Corporation Battery energy storage system and control system and applications thereof
US10033212B2 (en) 2013-08-06 2018-07-24 Analog Devices, Inc. Battery cell with discretion to drive loads within battery stack
DE102015002076B3 (de) * 2015-02-18 2016-05-19 Audi Ag Batteriezelle für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, Batterie sowie Kraftfahrzeug
DE102015002077B3 (de) * 2015-02-18 2016-06-09 Audi Ag Batteriezelle für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, Batterie, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Batteriezelle
JP6501205B2 (ja) * 2015-03-13 2019-04-17 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 通信装置、受信装置、通信システム
US9550406B2 (en) 2015-03-16 2017-01-24 Thunder Power Hong Kong Ltd. Thermal dissipation system of an electric vehicle
US20160276854A1 (en) 2015-03-16 2016-09-22 Thunder Power Hong Kong Ltd. Battery pack and connecting circuits of battery modules
US10703211B2 (en) 2015-03-16 2020-07-07 Thunder Power New Energy Vehicle Development Company Limited Battery pack, battery charging station, and charging method
US10173687B2 (en) 2015-03-16 2019-01-08 Wellen Sham Method for recognizing vehicle driver and determining whether driver can start vehicle
US9954260B2 (en) 2015-03-16 2018-04-24 Thunder Power New Energy Vehicle Development Company Limited Battery system with heat exchange device
US9499067B2 (en) 2015-03-16 2016-11-22 Thunder Power Hong Kong Ltd. Power management in electric vehicles
US9991714B2 (en) * 2015-08-20 2018-06-05 General Electric Company Opposing contactors for energy storage device isolation
US10897145B2 (en) * 2015-12-29 2021-01-19 Vito Nv Device and method for the reconfiguration of a rechargeable energy storage device into separate battery connection strings
US9870609B2 (en) * 2016-06-03 2018-01-16 Conduent Business Services, Llc System and method for assessing usability of captured images
DK3504696T3 (en) * 2016-08-23 2023-01-09 Corvus Energy Inc Optisk kommunikativt batteristyringssystem
JP6883396B2 (ja) * 2016-08-25 2021-06-09 矢崎総業株式会社 急速充電装置
GB2559793B (en) * 2017-02-20 2020-07-08 Ge Aviat Systems Ltd Battery pack with reduced voltage variance
KR102150147B1 (ko) * 2017-05-24 2020-09-01 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 균등화 장치 및 방법
JP2020534463A (ja) * 2017-09-22 2020-11-26 ザ・ノコ・カンパニーＴｈｅ Ｎｏｃｏ Ｃｏｍｐａｎｙ 制御スイッチバックライトシステムを備えた充電式バッテリジャンプスタート装置
CN107565077B (zh) * 2017-09-30 2024-04-30 深圳拓邦股份有限公司 一种电池包通信电路
DE102017124153B4 (de) * 2017-10-17 2019-07-18 Einhell Germany Ag Verfahren und System zum Betreiben von mehreren in einem Elektrogerät eingesetzten Akkupacks
CN108649595B (zh) * 2017-12-18 2021-10-22 普威能源公司 电池储能系统和其控制系统以及其应用
US11218005B2 (en) 2018-07-31 2022-01-04 Frederick Winters Battery management system
US10778006B2 (en) * 2018-09-24 2020-09-15 Texas Instruments Incorporated Chip position sensing for battery protectors
CN111262285B (zh) * 2018-12-03 2022-02-18 丰能科技股份有限公司 电池管理系统及其方法
WO2021040900A1 (en) * 2019-08-23 2021-03-04 Stafl Systems, LLC Location-determinant fault monitoring for battery management system
DE102019130738A1 (de) * 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Batterie mit einem Batteriemodul und Verfahren zu deren Betrieb
DE102019130736A1 (de) * 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Batterie mit einem Batteriemodul und Verfahren zu deren Betrieb
US11480625B2 (en) * 2020-03-12 2022-10-25 Wisk Aero Llc Real-time battery fault detection and state-of-health monitoring
CN111261961A (zh) * 2020-03-20 2020-06-09 北京轩宇空间科技有限公司 一种基站退役电池智能管理系统
CN111366880A (zh) * 2020-04-03 2020-07-03 深圳市超力源科技有限公司 一种智能识别电池是否接上的电路
US11469470B2 (en) * 2021-01-04 2022-10-11 Dennis Palatov Battery module with series connected cells, internal relays and internal battery management system
US11575270B2 (en) * 2021-01-04 2023-02-07 Dennis Palatov Battery module with series connected cells, internal relays and internal battery management system
US20230088653A1 (en) * 2021-09-21 2023-03-23 Volvo Car Corporation Smartcell battery architectures and methodologies

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011076515A1 (de) 2011-05-26 2012-11-29 Robert Bosch Gmbh Energiespeichereinrichtung und System mit Energiespeichereinrichtung
US20130108898A1 (en) 2011-10-26 2013-05-02 Eetrex, Inc. Modular battery control system architecture

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2008102A (en) 1934-05-14 1935-07-16 Velsicol Corp Rubber plasticizer
US4649333A (en) 1985-04-30 1987-03-10 Levitt-Safety Limited Two terminal nicad battery charger with battery voltage and temperature sensing
CN1044954C (zh) 1995-02-20 1999-09-01 三洋电机株式会社 向电子器具供电的电源装置
US5773961A (en) * 1996-06-06 1998-06-30 Heartstream, Inc. Dynamic load controller for a battery
ES2263189T3 (es) * 1997-11-05 2006-12-01 Philips Consumer Communications France Unidad de bateria y dispositivo portatil alimentado por bateria que incluye dicha unidad de bateria.
US5982142A (en) * 1998-05-22 1999-11-09 Vanner, Inc. Storage battery equalizer with improved, constant current output filter, overload protection, temperature compensation and error signal feedback
US6121751A (en) * 1999-03-11 2000-09-19 Lockheed Martin Corporation Battery charger for charging a stack of multiple lithium ion battery cells
JP3858893B2 (ja) 2001-10-01 2006-12-20 サンケン電気株式会社 電圧バランス回路、電圧検出用回路、電圧バランス方法及び電圧検出方法
JP3620517B2 (ja) * 2002-06-12 2005-02-16 日産自動車株式会社 組電池の電圧制御装置
US7193392B2 (en) 2002-11-25 2007-03-20 Tiax Llc System and method for determining and balancing state of charge among series connected electrical energy storage units
US20040217732A1 (en) * 2003-04-29 2004-11-04 Ballard Power Systems Inc. Power converter architecture and method for integrated fuel cell based power supplies
US7508171B2 (en) 2003-10-14 2009-03-24 Black & Decker Inc. Protection methods, protection circuits and protective devices for secondary batteries, a power tool, charger and battery pack adapted to provide protection against fault conditions in the battery pack
US7587192B2 (en) * 2004-05-13 2009-09-08 St-Ericsson Sa Balanced mixer with calibration of load impedances
US7106105B2 (en) * 2004-07-21 2006-09-12 Fairchild Semiconductor Corporation High voltage integrated circuit driver with a high voltage PMOS bootstrap diode emulator
US7723952B2 (en) * 2004-10-18 2010-05-25 Black & Decker Inc. Cordless power system with system component identification and/or battery pack control
US20080252257A1 (en) * 2005-04-05 2008-10-16 Energy Control Systems Engineering, Inc. D/B/A Energycs Multiplexer and Switch-Based Electrochemical Cell Monitor and Management System and Method
EP1806592B1 (de) * 2005-12-29 2017-01-18 Semiconductor Components Industries, LLC Verfahren und System zur Überwachung von Batteriestapeln
US7612530B2 (en) 2006-11-21 2009-11-03 Industrial Technology Research Institute Bridge battery voltage equalizer
JP5386075B2 (ja) * 2007-09-28 2014-01-15 株式会社日立製作所 多直列電池制御システム
JP5459946B2 (ja) 2007-09-28 2014-04-02 株式会社日立製作所 車両用直流電源装置
US8159078B2 (en) 2008-04-21 2012-04-17 Black & Decker Inc. Portable power driven equipment with internal combustion engine combined battery charging and starting circuit where the battery is a removable battery pack
JP4930452B2 (ja) 2008-05-12 2012-05-16 株式会社デンソー 組電池の調整装置
JP5239506B2 (ja) 2008-05-19 2013-07-17 富士通株式会社 学習支援システム、プログラムおよび学習支援方法
US8330420B2 (en) 2009-04-10 2012-12-11 The Regents Of The University Of Michigan Dynamically reconfigurable framework for a large-scale battery system
WO2011075369A1 (en) 2009-12-14 2011-06-23 Leach International Corporation Systems and methods for balancing multi-cell batteries
FR2956529B1 (fr) 2010-02-17 2012-03-16 Inst Polytechnique Grenoble Systeme d'equilibrage par couplage magnetique d'une association serie d'elements de generation ou de stockage d'energie electrique
US8384478B2 (en) * 2010-03-04 2013-02-26 Bose Corporation Versatile audio power amplifier
FR2959072B1 (fr) 2010-04-15 2012-05-25 Inst Polytechnique Grenoble Systeme de gestion d'une association serie d'elements de generation ou de stockage d'energie electrique base sur une pluralite de bras d'onduleur de tension
US9261568B2 (en) 2011-02-07 2016-02-16 Analog Devices, Inc. Diagnostic method to monitor battery cells of safety-critical systems
FR2972304A1 (fr) 2011-03-02 2012-09-07 Commissariat Energie Atomique Batterie avec gestion individuelle des cellules
JP5694902B2 (ja) 2011-11-10 2015-04-01 株式会社日立製作所 二次電池監視装置
DE102011089655A1 (de) * 2011-12-22 2013-06-27 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem und Verfahren
FR2986120B1 (fr) 2012-01-23 2015-08-21 Commissariat Energie Atomique Gestion combinee de deux sources de tension
US10033212B2 (en) 2013-08-06 2018-07-24 Analog Devices, Inc. Battery cell with discretion to drive loads within battery stack

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011076515A1 (de) 2011-05-26 2012-11-29 Robert Bosch Gmbh Energiespeichereinrichtung und System mit Energiespeichereinrichtung
US20130108898A1 (en) 2011-10-26 2013-05-02 Eetrex, Inc. Modular battery control system architecture

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A high speed control network synchronization jitter evaluation for embedded monitoring and control in modular multilevel converter" von Toh, C. L.; Norum, L. E., 2013 IEEE Grenoble Conference, Grenoble, France, 16-20 June 2013, Seiten 1-6
Decentralized control of a cascaded H-Bridge multilevel converter" von Kong, W. Y.; Holmes, D. G.; McGrath, B.- P., 2011 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Gdansk, Poland, 2011, Seiten 188-193
KONG, W. Y.; HOLMES, D. G.; MCGRATH, B. P.: Decentralized control of a cascaded H-Bridge multilevel converter. 2011 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Gdansk, Poland, 2011, pp. 188-193. IEEE Xplore [online]. DOI: 10.1109/ISIE.2011.5984155. In: IEEE
Modular Multilevel Converter Control Strategy with Fault Tolerance" von Teodorescu, Remus et al., Renewable Energy and Power Quality Journal, March 2013, Seiten 772-777
TEODORESCU, Remus [et al.]: Modular Multilevel Converter Control Strategy with Fault Tolerance. Renewable Energy and Power Quality Journal, March 2013, S. 772-777. DOI: 10.24084/repqj11.442.
TOH, C. L.; NORUM, L. E.: A high speed control network synchronization jitter evaluation for embedded monitoring and control in modular multilevel converter. 2013 IEEE Grenoble Conference, Grenoble, France, 16-20 June 2013, pp. 1-6. IEEE Xplore [online]. DOI: 10.1109/PTC.2013.6652174. In: IEEE

Also Published As

Publication number Publication date
US20170179543A1 (en) 2017-06-22
US20150044521A1 (en) 2015-02-12
WO2015021167A1 (en) 2015-02-12
US9923399B2 (en) 2018-03-20
WO2015021167A9 (en) 2015-04-16
US20150044515A1 (en) 2015-02-12
DE112014003647T5 (de) 2016-04-21
US10833522B2 (en) 2020-11-10
US20150042283A1 (en) 2015-02-12
US20150044522A1 (en) 2015-02-12
US10033212B2 (en) 2018-07-24
US9601940B2 (en) 2017-03-21
US9748786B2 (en) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112014003647B4 (de) Steuersysteme und -verfahren für Batteriezellen und Batteriestapel
EP0582913B1 (de) Schaltungsvorrichtung
EP2721685B1 (de) Batteriesystem und verfahren zum bereitstellen einer zwischenspannung
EP3549193A1 (de) Entladen von einem wenigstens zwei batteriezellen aufweisenden batteriemodul einer wenigstens zwei batteriemodule aufweisenden batterie
DE102014006028B4 (de) Multibatteriesystem zur Erhöhung der elektrischen Reichweite
DE102011054145A1 (de) Fehlertolerante Batteriearchitektur für Zellfehlermodi einer seriellen Bypass-Schaltung
EP3103182B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum beschalten eines batteriemanagementsystems
DE102012222208A1 (de) Verfahren zum gesteuerten Verbinden mehrerer Bordnetzzweige eines Fahrzeugs, Steuereinheit zur Ausführung des Verfahrens sowie Bordnetz
WO2013143847A2 (de) Energiespeichereinrichtung mit kühlelementen und verfahren zum kühlen von energiespeicherzellen
EP2949021B1 (de) Ansteuervorrichtung für ein elektrisches energiespeichersystem
DE112021005284T5 (de) Sichere batterieenergieverwaltungssysteme, batteriemanagementsystemknoten und verfahren hierfür
DE102014220033A1 (de) Elektrochemische Energiespeichereinrichtung für eine Speichereinheit eines Systems zur elektrochemischen Energiespeicherung, Verfahren zum Steuern eines Flusses elektrischer Energie in einem System zur elektrochemischen Energiespeicherung und System zur elektrochemischen Energiespeicherung
DE102013107767A1 (de) Mehrzellige Batterie mit Zellladungszustandsausgleich
DE102013202652A1 (de) Ladeschaltung für eine Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Laden einer Energiespeichereinrichtung
DE102017210611A1 (de) Elektrische Energieliefervorrichtung mit einer Stromschienenmatrix sowie Verfahren zum Betreiben der Energieliefervorrichtung
DE102016206919A1 (de) Batterievorrichtung mit Batteriezellen und Verfahren zum Ausbalancieren von Ladungszuständen der Batteriezellen der Batterievorrichtung
DE102015223580A1 (de) Batteriesystem
DE102017210617A1 (de) Elektrische Energieliefervorrichtung mit Stromschienenmatrix sowie Verfahren zum Betreiben der Energieliefervorrichtung
DE102016204534A1 (de) Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung elektrischer Verbraucher mittels eines Energiespeichersystems
EP3079222A1 (de) Energieversorgungsvorrichtung für ein batteriemanagementsystem
DE102016107386B4 (de) Energieversorgungsvorrichtung
EP3079223B1 (de) Batteriesystem zur elektrischen verbindung mit einer komponente
DE102013005104A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Auf- und Entladen eines Energiespeichers
EP2550716A2 (de) Erhöhung der performance und zuverlässigkeit von akkumulatorsystemen
CN109326838B (zh) 电池全覆盖安全监控系统及电池管理方法

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ANALOG DEVICES, INC., WILMINGTON, US

Free format text: FORMER OWNER: ANALOG DEVICES, INC., NORWOOD, MA, US

R082 Change of representative

Representative=s name: WITTE, WELLER & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division