JP2002238171A - System and method for non-dissipative lithium-ion battery management - Google Patents

System and method for non-dissipative lithium-ion battery management

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JP2002238171A
JP2002238171A JP2001373733A JP2001373733A JP2002238171A JP 2002238171 A JP2002238171 A JP 2002238171A JP 2001373733 A JP2001373733 A JP 2001373733A JP 2001373733 A JP2001373733 A JP 2001373733A JP 2002238171 A JP2002238171 A JP 2002238171A
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charge
cell
cells
switch matrix
current
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Japanese (ja)
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Petersen Soeren
セーアン・ペータセン
Larsen Esben
エスベン・ラーセン
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Alcatel CIT SA
Alcatel Lucent SAS
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Alcatel CIT SA
Alcatel SA
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system and a method for charge management of a battery pack. SOLUTION: This battery pack 1 comprises a plurality of charge cells C1-n, a means 3 for measuring charges of the rechargeable cells C1-n, a switch matrix 2 for switching a current among the charge cells and a current control DC-DC converter means 4 for supplying charges for recharging of cells. The current control DC-DC converter means 4 discharges the first cell Ci or a battery charge V as a whole via the switch matrix 2, in order to charge in direct the second cells Cj, Cp and thereby prevents dissipation of electrical power.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン
(Li−イオン)電池に関連する電荷の管理システムな
らびに方法に関する。より詳細には、本発明は、Li−
イオン電池パックを形成する様々なセルに関連する電荷
の管理に関する。その管理とは、制御された方法で前記
パックの電圧の高いセルから電圧の低いセルへ電荷が移
動し、そうすることにより電圧の高いセルの過電荷を散
逸させる必要をなくすように管理するものである。さら
に本発明のシステムは、望ましい結果を得るのに非常に
簡単な回路構成を利用し、前記回路はスイッチマトリッ
クスに関連する単一のDC/DCコンバータの使用に基
づいており、ここでDC/DCコンバータはセルを充電
するために内部の充電電源を用いる。本発明は、これに
限定されるわけではないが、特に宇宙産業用途に適用可
能である。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a system and method for managing charge associated with a lithium ion (Li-ion) battery. More specifically, the present invention relates to Li-
The present invention relates to managing charge associated with various cells forming an ion battery pack. The management is such that charge is transferred from the higher voltage cells of the pack to the lower voltage cells in a controlled manner, thereby eliminating the need to dissipate the overcharge of the higher voltage cells. It is. Further, the system of the present invention utilizes a very simple circuit configuration to achieve the desired result, said circuit being based on the use of a single DC / DC converter associated with a switch matrix, wherein the DC / DC converter The converter uses an internal charging power supply to charge the cells. The present invention is particularly, but not exclusively, applicable to the space industry application.

【0002】[0002]

【従来の技術】Li−イオン電池技術の使用は比較的新
しい。この電池を使用しようとする傾向は、知られてい
る水系セルに比べて重さおよびサイズが小さいこと、低
減された生産コストと静電容量効果のないことなど、こ
の電池の使用に関していくつかの利点があるためであ
る。これまで、この電池は特に携帯電話器、ポータブル
コンピュータ、ビデオレコーダおよび電気自動車に用い
られてきた。
BACKGROUND OF THE INVENTION The use of Li-ion battery technology is relatively new. The tendency to use this battery has several implications for its use, such as its smaller weight and size compared to known aqueous cells, reduced production costs and no capacitance effect. This is because there is an advantage. Heretofore, this battery has been used especially for mobile phones, portable computers, video recorders and electric vehicles.

【0003】Li−イオン電池は通常、電池全体として
の電圧を得るために直列接続で配列された一連のセルを
含む。電池容量は第1に個々のセル容量によりまた第2
に個々のセルの並列の数により定められる。
[0003] Li-ion batteries typically include a series of cells arranged in series to obtain the overall battery voltage. The battery capacity depends primarily on the individual cell capacity and on the secondary
Is determined by the parallel number of individual cells.

【0004】Li−イオンセルは古典的な電池セルに比
べて特殊な制約がある。すなわち、使用中に、セルの電
荷がある特定の最小電圧より低下せずまたある特定の最
大電圧を超えないように、セルの電荷は制御されねばな
らない。したがって、各セルには最小電荷および最大電
荷の間の許容充電範囲がある。セルのこの許容充電範囲
を外れることは、下限(最小)を下回っても上限(最
大)を超えてもセルを破壊する可能性がある。
[0004] Li-ion cells have special restrictions compared to classic battery cells. That is, during use, the cell charge must be controlled so that the cell charge does not drop below a certain minimum voltage and does not exceed a certain maximum voltage. Thus, each cell has an allowable charging range between a minimum charge and a maximum charge. Deviating from this allowable charging range of the cell can destroy the cell below the lower limit (minimum) or above the upper limit (maximum).

【0005】したがって、セル電荷の正確な測定に基づ
いて個々のセルの電荷を制御するためのLi−イオン電
池の管理手順を提供することが求められている。このよ
うな手順は原理的に以下の基準に基づくであろう。すな
わち、セルの電荷がある特定の値を超えた場合、セルは
放電させなければならず、また同様に、電荷がある特定
の最小値に達した場合、セルは充電されなければならな
い。この手順は基本的に当技術分野で知られている電池
管理の古典的手法である。これらの手法は通常、高い電
圧値をもつセルに見出される過電荷をいわゆるブリーダ
抵抗器に散逸させることに基づいている。この手法の主
な欠点は、熱散逸が増加してしまいその結果、太陽電池
パネルにより生み出されるエネルギーの活用に関しては
システム効率が劣ることになるということである。
Accordingly, there is a need to provide a procedure for managing Li-ion batteries to control the charge of individual cells based on accurate measurements of cell charge. Such a procedure would in principle be based on the following criteria. That is, if the charge of the cell exceeds a certain value, the cell must be discharged, and similarly, if the charge reaches a certain minimum value, the cell must be charged. This procedure is basically the classical approach to battery management known in the art. These approaches are usually based on dissipating overcharges found in cells with high voltage values into so-called bleeder resistors. The major drawback of this approach is that it increases heat dissipation and consequently results in poor system efficiency with respect to utilizing the energy generated by the solar panels.

【0006】電池(またはセル)の電荷の管理中におけ
る熱散逸を避ける試みが当技術分野において行われてき
た。この種の2、3の手法が、IEEEにより刊行さ
れ、N.H.Kutkut等により「Dynamic
equalization techniques f
or series battery stacks
(直列電池スタックの動的均等化技術)」という表題
で、1996年10月6〜10日に米国のマサチューセ
ッツ州ボストンで開かれた第18回Internati
onal Telecommunications E
nergy Conference(INTELEC)
で提出された論説中の515〜521ページに示唆され
ており、この内容を参照により本明細書に組み込む。
[0006] Attempts have been made in the art to avoid heat dissipation during the management of battery (or cell) charge. A few such techniques have been published by the IEEE and are described in N.W. H. "Dynamic" by Kutkut et al.
equalization technologies f
or series battery stacks
(Dynamic Equalization Technology for Series Battery Stacks) ", The 18th Annual Interneti, Boston, Mass., USA, Oct. 6-10, 1996.
online Telecommunications E
energy Conference (INTELEC)
At pages 515 to 521 in the editorial filed at No. 5, pp. 515-521, the contents of which are incorporated herein by reference.

【0007】前記文献に教示される手法の1つによれ
ば、電荷の均一化は各電池セルのすべてに個別の電流制
御DC/DCコンバータモジュールを用いることにより
達成される。この解決法に関連する欠点は電池セルと同
じくらい多数のコンバータを用いることであり、これは
回路の複雑さおよびコストを実質的に増大させる。
[0007] According to one of the techniques taught in the above references, charge equalization is achieved by using separate current controlled DC / DC converter modules for all of the battery cells. A disadvantage associated with this solution is the use of as many converters as battery cells, which substantially increases circuit complexity and cost.

【0008】同じ文献で示唆される別の手法は、多巻線
変圧器と共に集中コンバータを用いる。この解決法もま
た、含まれる回路が複雑でまたコストが高いという欠点
をもつ。
Another approach suggested in the same literature uses a lumped converter with a multi-winding transformer. This solution also has the disadvantage that the circuitry involved is complex and expensive.

【0009】前記文献により示唆される従来技術のさら
なる解決法は、本発明により提示される解決法とは異な
る手法に関係する。
A further solution of the prior art suggested by said document concerns a different approach than the solution presented by the present invention.

【0010】米国特許第5656915号は、電池パッ
ク内の予め選択されたセルグループに電流を流すスイッ
チの配置を利用する電池管理の配置構成を開示してい
る。充電する必要のあるセルグループはここではスイッ
チの配置を介して充電電源に接続される。この文献の教
示と本発明のそれとの間に存在する相違のひとつに、従
来技術の文献における配置は集合的な方法でセルの平衡
化を意図している、すなわち充電は前もって選択された
セルグループに対して実施され、個々のセルに対してで
はないという事実を挙げることができる。さらに、米国
特許出願第5656915号の教示によれば、大きな電
荷をもつセルから得られる過電荷は電荷の少ないセルに
直接充電されるのではなく、過電荷はパワーバスを介し
て外部RC回路に放電されそして放電されると、電荷の
大きなセルグループは切り離される。次に電荷の少ない
セルグループがパワーバスを介してRC回路に接続さ
れ、この新しい接続によりそこにエネルギーが移され
る。したがって、電荷の大きなセルが放電し電荷の少な
いセルを充電する間の時間だけエネルギーをRC回路に
貯えることによって、RC回路内で、ある量の熱損失が
あるはずである。一方ではエネルギー損失をなくそうと
しており、また他方熱を発生するどのようなエネルギー
散逸も非常に望ましくないので、この欠点は宇宙での適
用においては非常に問題である。最後に、前記文献に開
示される全体としてのシステムは比較的複雑であるとい
うことに注意すべきである。
US Pat. No. 5,656,915 discloses a battery management arrangement utilizing a switch arrangement for passing current through a preselected group of cells within a battery pack. The cell groups that need to be charged here are connected to the charging power supply via a switch arrangement. One of the differences that exists between the teachings of this document and that of the present invention is that the arrangement in the prior art document is intended to balance cells in a collective manner, i.e., charging is performed on a preselected cell group. And not for individual cells. Further, according to the teachings of U.S. Pat. No. 5,656,915, the overcharge obtained from a cell with a large charge is not charged directly to a cell with a small charge, but the overcharge is transferred to an external RC circuit via a power bus. When discharged and discharged, the high charge cell groups are disconnected. The less charged cell group is then connected to the RC circuit via the power bus, and this new connection transfers energy there. Thus, by storing energy in the RC circuit for the time during which high charge cells discharge and charge low charge cells, there should be some amount of heat loss in the RC circuit. This drawback is very problematic in space applications, since one is trying to eliminate energy losses and on the other hand any energy dissipation that generates heat is highly undesirable. Finally, it should be noted that the overall system disclosed in said document is relatively complex.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】したがって、複雑な回
路を用いる必要がない効率的で非散逸的な方式でのLi
−イオン電池セルの電池充電管理を提供することが望ま
れる。
Therefore, Li in an efficient and non-dissipative manner without the need to use complex circuits.
-It is desired to provide battery charge management for ion battery cells.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記目的は、本発明によ
って提示される解決法を用いることにより達成される。
本発明によれば所定の上限値を超える電荷をもつ電池セ
ルから所定の下限値よりも小さい電荷をもつセルへと充
電が行われる。したがって過電荷は、電荷の大きいセル
から電荷の小さいセルへと、熱として散逸されることな
く移動される。
This object is achieved by using the solution presented by the present invention.
According to the present invention, charging is performed from a battery cell having a charge exceeding a predetermined upper limit to a cell having a charge smaller than the predetermined lower limit. Thus, the overcharge is transferred from the higher charge cells to the lower charge cells without being dissipated as heat.

【0013】この解決法は、セル間で電荷を移動させる
ように単一のDC/DCコンバータを利用する簡単な回
路構成により達成され、セル間の電荷移動はスイッチマ
トリックスを利用することにより実施され、スイッチマ
トリックスはDC/DCコンバータを介して適切なセル
の間に接続を確立して電荷移動を可能にする。
This solution is achieved by a simple circuit configuration utilizing a single DC / DC converter to transfer charge between cells, wherein charge transfer between cells is implemented by utilizing a switch matrix. The switch matrix establishes a connection between the appropriate cells via a DC / DC converter to allow charge transfer.

【0014】さらに、同じスイッチマトリックスはま
た、以下にさらに説明される電荷測定手段と協働して個
々のセル電荷の測定に用いられる。前記測定は簡単なア
ルゴリスムを用いて実施され、それによりすべてのセル
は連続的に前記電荷測定手段による測定対象となる。し
たがって、所与の短い時間に各セルの電荷の状態をマッ
ピングすることが可能となる。
Furthermore, the same switch matrix is also used for measuring individual cell charges in cooperation with the charge measuring means described further below. The measurement is performed using a simple algorithm, whereby all cells are continuously measured by the charge measuring means. Therefore, it is possible to map the state of charge of each cell in a given short time.

【0015】得られたマッピング情報に基づいて、過電
荷のセルから、電荷が少なくしたがって充電される必要
があるセルへと電荷移動が行われる。
Based on the mapping information obtained, charge transfer is performed from overcharged cells to cells that have less charge and therefore need to be charged.

【0016】したがって、本発明の1つの目的は、複数
の充電式セルを有する電池パックの電荷を管理するため
のシステムを提供することであり、このシステムは前記
複数の充電式セルの各々の電荷を測定するための手段
と、前記複数の充電式セルの各々との間で行き来する電
流を切り替えるためのスイッチマトリックスと、セルを
再充電するために電荷を供給するための電流制御DC/
DCコンバータ手段とを含み、前記電流制御DC/DC
コンバータ手段が、第1のセルから、または電池全体か
ら電荷を取り出すように構成されており、前記スイッチ
マトリックスを介して第2のセルに直接充電することを
特徴とする。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a system for managing the charge of a battery pack having a plurality of rechargeable cells, the system comprising a system for controlling the charge of each of the plurality of rechargeable cells. , A switch matrix for switching current flowing between each of said plurality of rechargeable cells, and a current control DC / DC for supplying charge to recharge the cells.
DC / DC converter means;
The converter means is adapted to extract charge from the first cell or from the whole battery and is characterized by charging the second cell directly via the switch matrix.

【0017】本発明の一態様によれば、電池パックの前
記第1のセルの充電レベルは所定の第1のレベルより高
い。
According to one aspect of the present invention, the charge level of the first cell of the battery pack is higher than a predetermined first level.

【0018】本発明の別の態様によれば、電池パックの
前記第2のセルの充電レベルは所定の第2のレベルより
低い。
[0018] According to another aspect of the present invention, the charge level of the second cell of the battery pack is lower than a predetermined second level.

【0019】本発明のさらなる態様によれば、前記電流
制御DC/DCコンバータ手段は前記スイッチマトリッ
クスを介してセルから電気エネルギーを取り出すように
構成されている。
According to a further aspect of the invention, the current controlled DC / DC converter means is arranged to extract electrical energy from the cell via the switch matrix.

【0020】本発明のさらに別の態様によれば、前記ス
イッチマトリックスは前記電荷測定手段と協働して個々
のセル電荷の測定に用いられる。
According to yet another aspect of the present invention, the switch matrix is used for measuring individual cell charges in cooperation with the charge measuring means.

【0021】本発明のさらに別の態様によれば、本発明
のスイッチマトリックスは、セルの電荷を平衡にするた
めの第1のスイッチマトリックス部と、電荷測定手段が
測定を行うための接続を提供するための第2のスイッチ
マトリックス部とを有する。
According to yet another aspect of the present invention, the switch matrix of the present invention provides a first switch matrix portion for balancing the charge of the cells and a connection for the charge measuring means to make a measurement. And a second switch matrix unit for performing the operation.

【0022】本発明のさらに別の態様によれば、前記電
池セルはリチウム−イオン材料からなる。
According to still another aspect of the present invention, the battery cell is made of a lithium-ion material.

【0023】本発明の別の目的は、本発明のシステムに
おいて開示されるようなスイッチマトリックスを提供す
ることである。
Another object of the present invention is to provide a switch matrix as disclosed in the system of the present invention.

【0024】本発明の別の目的は、複数の充電式セルを
もつ電池パックの電荷を管理する方法を提供することで
あり、前記複数の充電式セルの各々の電荷を測定するス
テップと、スイッチマトリックスにより前記複数の再充
電式セルとのそれぞれの間で電流を切り替えるステップ
と、電流制御DC/DCコンバータ手段によりセルを再
充電するための電荷を供給するステップとを有し、前記
電流制御DC/DCコンバータ手段が第1のセル、また
は電池全体から電荷を取り出し、前記スイッチマトリッ
クスを介して第2のセルに直接前記電荷を充電すること
に特徴がある。
It is another object of the present invention to provide a method for managing the charge of a battery pack having a plurality of rechargeable cells, wherein the step of measuring the charge of each of the plurality of rechargeable cells, and a switch Switching a current between each of the plurality of rechargeable cells by a matrix, and supplying a charge for recharging the cells by current controlled DC / DC converter means; It is characterized in that the / DC converter means takes out charge from the first cell or the whole battery and charges the charge directly to the second cell via the switch matrix.

【0025】本発明の別の態様によれば、電池パックの
電荷の管理方法が提供され、該電池パックにおいて前記
電流制御DC/DCコンバータ手段は前記スイッチマト
リックスを介してセルから電気エネルギーを引き出す。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for managing the charge of a battery pack, wherein the current control DC / DC converter means draws electrical energy from cells through the switch matrix.

【0026】本発明のさらに別の態様によれば、前記ス
イッチマトリックスは前記電荷測定手段と協働して個々
のセルの電荷を測定する。
According to yet another aspect of the present invention, the switch matrix measures the charge of individual cells in cooperation with the charge measuring means.

【0027】本発明のこれらのおよびさらなる利点は、
添付図の助けにより特許請求の範囲と同様に、以下の記
載においてより詳細に説明される。
These and further advantages of the present invention are:
Further details are set forth in the following description, with the help of the accompanying drawings, as well as the claims.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】図1に示される概略図によれば、
電池パック1は直列接続で配列された複数のセルC
1〜nをもつ。この電池パック1は、複数のスイッチS
1〜mをもつスイッチマトリックス2と、両方向矢印に
より図に示されるように双方向接続している。このスイ
ッチマトリックスは、リレーマトリックスによるかまた
は他の知られているスイッチイングデバイスにより実施
できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the schematic diagram shown in FIG.
The battery pack 1 has a plurality of cells C arranged in series.
1 to n . The battery pack 1 includes a plurality of switches S
It is bidirectionally connected to a switch matrix 2 having 1 to m as shown in the figure by a double arrow. This switch matrix can be implemented by a relay matrix or by other known switching devices.

【0029】上記でさらに論じたように、正常な作動中
にはセルの電荷は、セルの電荷がある特定の最小値より
小さくならずまたある特定の最大値を超えないように制
御されねばならない。したがって、セルが過充電または
充電不足状態にならないように、簡便な方法で各セルの
充電レベルを測定することが必要とされる。
As discussed further above, during normal operation the cell charge must be controlled so that the cell charge does not fall below a certain minimum and does not exceed a certain maximum. . Therefore, it is necessary to measure the charge level of each cell in a simple manner so that the cells do not become overcharged or undercharged.

【0030】電荷測定手段3はセルの電荷を測定するの
に用いられる。前記電荷測定手段3は、スイッチマトリ
ックス2を介して各セルに選択的に接続することにより
各セルの電荷を測定する。電荷測定手段3はセルC
1〜nの電荷を連続的に測定し、所与の時間で各セルの
電荷の状態をマッピングする。スイッチマトリックスは
また電流制御DC/DCコンバータ手段4と双方向接続
している。
The charge measuring means 3 is used to measure the charge of the cell. The charge measuring means 3 measures the charge of each cell by selectively connecting to each cell via the switch matrix 2. The charge measuring means 3 is a cell C
The 1 to n charges are measured continuously and the state of charge in each cell is mapped at a given time. The switch matrix is also bidirectionally connected to the current control DC / DC converter means 4.

【0031】この配置構成で、本発明による電荷管理プ
ロセスは好ましくは以下の方法で実施される。
In this arrangement, the charge management process according to the invention is preferably implemented in the following manner.

【0032】各セルの電荷のマッピングに基づいて、あ
るセルが所定の低い方の値よりも小さい電荷をもち、ま
たその他のセルが所定の高い方の値を超える電荷をもつ
ことが検出される。
Based on the charge mapping of each cell, it is detected that one cell has a charge less than a predetermined lower value and another cell has a charge greater than a predetermined higher value. .

【0033】図1において、セルCは所定の低い方の
値よりも低い充電レベルにあり、このため前記セルは充
電される必要があると仮定されている。セルCの低い
充電レベルは、スイッチマトリックス2を介して電池パ
ックのすべてのセルの電荷を読み取る電荷測定手段3に
より検出される。電荷測定手段3はまた、過電荷、すな
わち所定の高い方の値を超える電荷をもつセルCを検
出する。この情報は知られている方法で、簡便のために
図には示されていない中央演算処理ユニットに送られ
る。次にスイッチマトリックス2は、過電荷セルC
ら電流制御DC−DCコンバータ手段4への適切な第1
の単一スイッチSを閉じることにより第1の接続を、
同様に電流制御DC−DCコンバータ手段4から前記所
定のレベルよりも小さい電荷をもつことが検出されたセ
ルCへの第2の単一スイッチSを閉じることにより
第2の接続を形成する。この方法では、接続は、過電荷
セルCからスイッチSを介して電流制御DC−DC
コンバータ手段4へと、また電流制御DC−DCコンバ
ータ手段4から、スイッチSを介して充電される必要
があるセルCへと形成される。したがって、充電はC
からCに行われる。充電電流は受ける側のセルC
の充電レベルが許容範囲内の値に充電されるまで流れ続
ける。
[0033] In FIG. 1, the cell C j is in the charge level lower than the value of the predetermined, lower, hence the cell is assumed to need to be charged. Low charge levels of the cell C j is detected by the charge measuring means 3 for reading the charges of all cells in the battery pack via the switch matrix 2. Charge measurement unit 3 is also over-charge, i.e. to detect the cell C i having a charge greater than the value of the higher predetermined. This information is sent in a known manner to a central processing unit, not shown for simplicity. The switch matrix 2 then switches the appropriate first from the overcharged cells C i to the current controlled DC-DC converter means 4.
The first connection by closing a single switch S k of
Forming a second connection by closing the second single switch S l to likewise current control DC-DC converter cell that has been detected from the unit 4 with a smaller charge than the predetermined level C j . In this way, the connection is made from the overcharged cell C i via the switch S k to the current controlled DC-DC
To the converter unit 4, and from the current control DC-DC converter unit 4, it is formed into a cell C j that need to be charged through the switch S l. Therefore, charging is C
from i to C j . The charging current is applied to the receiving cell Cj.
Continue until the charge level of is charged to a value within the allowable range.

【0034】図2は本発明の代替実施形態を表す。この
図では図1で表示されたものと同じ部分に同じ参照番号
が与えられている。同様に、セルC1〜nの電荷を測定
する方法は、図1の実施形態に関して記載されたよう
に、スイッチマトリックス2を介して電荷測定手段3を
用いて実施される。
FIG. 2 illustrates an alternative embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those shown in FIG. 1 are given the same reference numbers. Similarly, the method for measuring the charge of the cells C1- n is implemented using the charge measuring means 3 via the switch matrix 2 as described with respect to the embodiment of FIG.

【0035】図2において、参照符号Cをもつセルの
充電レベルは所定の低い方の値よりも低い。しかしこの
実施形態においては、前記セルCは電池全体の電荷か
ら得られる充電電流を受けるのであり個々のセルからで
はない。図2に明確に示されるように、電流制御DC−
DCコンバータ手段4は、電池全体の電荷の出力端子V
に直接接続されており、そこからスイッチマトリックス
の閉じられたスイッチSを介して充電されるべきセル
を充電する。
[0035] In FIG 2, the charge level of the cell with a reference numeral C p is lower than the value of a predetermined low one. However, in this embodiment, the cell C p is not from the in and individual cells receive the charging current obtained from the charge of the entire battery. As clearly shown in FIG. 2, the current control DC-
The DC converter 4 is provided with an output terminal V for the electric charge of the entire battery.
Directly connected and to charge the cell C p to be charged via a switch S q closed therefrom a switch matrix.

【0036】この場合、電流制御DC−DCコンバータ
4の入力側は電池の全電圧Vに固定され、このため切り
替える必要がない。
In this case, the input side of the current control DC-DC converter 4 is fixed at the full voltage V of the battery, so that there is no need to switch.

【0037】図3は本発明の別の代替実施形態を表す。
再び、この図では図1に表されたものと同じ部分に同じ
参照符号が与えられている。しかし、この実施形態にお
けるスイッチマトリックスは2つの部分2および2’を
有する。図3の実施形態によれば、第1のスイッチマト
リックス部2は、電荷を平衡にするプロセスのために電
池セルC1〜n間での往復の接続を担う複数のスイッチ
を有し、一方第2のスイッチマトリックス部2’は電荷
測定手段3が測定を行うための接続を提供するために用
いられる。
FIG. 3 illustrates another alternative embodiment of the present invention.
Again, in this figure, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numbers. However, the switch matrix in this embodiment has two parts 2 and 2 '. According to the embodiment of FIG. 3, the first switch matrix part 2 has a plurality of switches responsible for the reciprocal connection between the battery cells C1 to n for the process of balancing the charges, while the first The two switch matrix sections 2 'are used to provide a connection for the charge measuring means 3 to make a measurement.

【0038】別の手法として、前記いずれの実施形態に
おいても、電流制御DC−DCコンバータは全電池パッ
クに過電荷を与えることもできる。
As another method, in any of the above embodiments, the current control DC-DC converter can apply overcharge to all the battery packs.

【0039】さらに、電荷測定において共通モード電圧
を抑えるために、フライングコンデンサを電荷測定手段
3と並列に接続することもできる。
Further, a flying capacitor can be connected in parallel with the charge measuring means 3 in order to suppress the common mode voltage in the charge measurement.

【0040】本発明により提示される解決法は実質的に
電力の散逸を低減する利点があり、これはシステムの効
率を増しまた熱の問題を低減する。さらに、本発明によ
る解決法は、1つの単一DC/DCコンバータを用いる
だけであるから電池管理の複雑さを低減することを可能
にする。
The solution presented by the present invention has the advantage of substantially reducing power dissipation, which increases system efficiency and reduces thermal problems. Furthermore, the solution according to the invention makes it possible to reduce the complexity of battery management since only one single DC / DC converter is used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による電池管理システムの第1の実施形
態の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a first embodiment of a battery management system according to the present invention.

【図2】本発明による電池管理システムの代替実施形態
の概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of an alternative embodiment of a battery management system according to the present invention.

【図3】本発明による電池管理システムの別の代替実施
形態の概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of another alternative embodiment of a battery management system according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電池パック 2、2’ スイッチマトリックス 3 電荷測定手段 4 電流制御DC/DCコンバータ手段 C1〜n セル C 過電荷セル C、C 充電不足セル S1〜m スイッチ Sから手段4へのスイッチ S、S 手段4からCへのスイッチ V 電池全体の電荷の出力端子1 battery pack 2, 2 'switch matrix 3 charge measuring means 4 a current control DC / DC converter means C 1 to n cell C i over charge cell C j, C p insufficient charge cells S 1 to m switches S k C i from means Switch S 1 to S 4, Switch from S q means 4 to C j V Output terminal of charge of entire battery

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5G003 BA02 CA11 CC02 DA07 EA09 FA08 GB03 5H030 AA03 AA04 BB01 BB21 FF43 FF44  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5G003 BA02 CA11 CC02 DA07 EA09 FA08 GB03 5H030 AA03 AA04 BB01 BB21 FF43 FF44

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の充電式セル(C1〜n)を有する
電池パック(1)の電荷を管理するためのシステムであ
って、該システムは、前記複数の充電式セル
(C1〜n)の各々の電荷を測定するための手段(3)
と、前記複数の充電式セルの各々との間で行き来する電
流を切り替えるためのスイッチマトリックス(2)と、
セルを再充電するための電荷を供給するための電流制御
DC−DCコンバータ手段(4)とを有し、前記電流制
御DC−DCコンバータ手段(4)が、第1のセル(C
)から、または電池全体の電荷(V)から電荷を取り
出すように構成されており、該電流制御DC−DCコン
バータ手段(4)が前記スイッチマトリックス(2)を
介して前記電荷を第2のセル(C、C)に直接移送
することを特徴とする、電荷を管理するためのシステ
ム。
1. A system for managing the charge of a battery pack (1) having a plurality of rechargeable cells (C 1 to n ), wherein the system comprises a plurality of rechargeable cells (C 1 to n). Means for measuring each charge of (3)
And a switch matrix (2) for switching current flowing between each of the plurality of rechargeable cells;
Current-controlling DC-DC converter means (4) for supplying a charge for recharging the cell, wherein the current-controlling DC-DC converter means (4) comprises a first cell (C
i ) or from the charge (V) of the entire battery, said current-controlled DC-DC converter means (4) transferring said charge via said switch matrix (2) to a second A system for managing charge, characterized in that it is directly transferred to a cell (C j , C p ).
【請求項2】 電池パック(1)の前記第1のセル(C
)が、所定の第1のレベルよりも高い充電レベルを有
する請求項1に記載のシステム。
2. The first cell (C) of a battery pack (1).
The system of claim 1, wherein i ) has a charge level that is higher than a predetermined first level.
【請求項3】 電池パック(1)の前記第2のセル(C
、C)が、所定の第2のレベルよりも低い充電レベ
ルを有する請求項1または2に記載のシステム。
3. The second cell (C) of the battery pack (1).
3. The system of claim 1, wherein j , C p ) has a charge level lower than a predetermined second level.
【請求項4】 前記電流制御DC−DCコンバータ手段
(4)が、前記スイッチマトリックス(2)を介してセ
ルから電気エネルギーを引き出すように構成されている
請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。
4. The method as claimed in claim 1, wherein the current-controlled DC-DC converter means (4) is adapted to extract electrical energy from cells via the switch matrix (2). The described system.
【請求項5】 前記スイッチマトリックス(2)が、前
記電荷測定手段(3)と協働して個々のセル電荷の測定
に用いられる請求項1から4のいずれか一項に記載のシ
ステム。
5. The system according to claim 1, wherein the switch matrix is used for measuring individual cell charges in cooperation with the charge measuring means.
【請求項6】 前記スイッチマトリックスが、セルの電
荷を平衡にするための第1のスイッチマトリックス部
(2)と、電荷測定手段が測定を行うための接続を提供
するための第2のスイッチマトリックス部(2’)とを
有する請求項1から5のいずれか一項に記載のシステ
ム。
6. The first switch matrix section (2) for balancing the charge of the cell, and the second switch matrix for providing a connection for the charge measuring means to perform the measurement. A system according to any of the preceding claims, comprising a part (2 ').
【請求項7】 前記電池セル(C1〜n)がリチウムイ
オン材料からなる請求項1から6のいずれか一項に記載
のシステム。
7. The system according to claim 1, wherein the battery cells (C 1 -n ) are made of a lithium ion material.
【請求項8】 請求項1または6のシステムにおいて開
示されたスイッチマトリックス。
8. A switch matrix as disclosed in claim 1 or 6.
【請求項9】 複数の充電式セル(C1〜n)を有する
電池パック(1)の電荷を管理する方法であって、前記
複数の充電式セル(C1〜n)の各々の電荷を測定する
ステップと、スイッチマトリックス(2)によって前記
複数の充電式セルの各々との間で行き来する電流を切り
替えるステップと、電流制御DC−DCコンバータ手段
(4)によってセル(C、C)を再充電するために
電荷を供給するステップとを有し、前記電流制御DC−
DCコンバータ手段(4)が、前記第1のセル(C
から、または電池全体の電荷(V)から電荷を取り出
し、該電流制御DC−DCコンバータ手段(4)が前記
スイッチマトリックス(2)を介して前記電荷を第2の
セル(C、C)に直接移送することを特徴とする、
電荷を管理する方法。
9. A method of managing a plurality of charge of rechargeable cells (C 1 to n) battery pack having a (1), each of charge of the plurality of rechargeable cells (C 1 to n) Measuring; switching a current flowing between each of said plurality of rechargeable cells by a switch matrix (2); and cells (C j , C p ) by current-controlled DC-DC converter means (4). Supplying a charge to recharge the current control DC-
DC converter means (4) is provided for the first cell (C i )
Or from the charge (V) of the entire battery, and the current-controlled DC-DC converter means (4) transfers the charge via the switch matrix (2) to a second cell (C j , C p ). Transported directly to
How to manage charge.
【請求項10】 前記電流制御DC−DCコンバータ手
段(4)が前記スイッチマトリックス(2)を介してセ
ル(C1〜n)から電気エネルギーを引き出す請求項9
に記載の方法。
10. The current-controlled DC-DC converter means (4) draws electrical energy from cells (C 1 -n ) via the switch matrix (2).
The method described in.
【請求項11】 前記スイッチマトリックス(2)が、
前記電荷測定手段(3)と協働して個々のセルの電荷を
測定する請求項9または10に記載の方法。
11. The switch matrix (2)
The method according to claim 9 or 10, wherein the charge of the individual cells is measured in cooperation with the charge measuring means (3).
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