JP2011024404A - 多数のバッテリ・セルの接続スキーム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バッファレジスタを備える直列−並列バッテリ・システムがバッテリ又はバッテリセルの各接合に結合される。同じローのバッファレジスタは、測定ノードに結合される。バッテリ・システムおよび測定ノードの端末は、従来のバッテリ管理ユニットに結合される測定ポイントとみなされる。バッファレジスタは、突入電流を制限する手段と、電池の並列カラムの電池のロー全体の電圧バランスを維持するための手段とを提供する。バッテリの各直列を備えた直列の制御ユニットが直列の電流をモニタし、電流が所定の電流レベルのセットを超えるとき、カラムを不活性化させるスイッチを有する。
【選択図】図2A
Description
このように、10 mVのバランス電圧が可能な場合、レジスタ26の値は、ほぼ10オームでありえることができる。10オームのこの上のバンドは、0.1オームの下のバンドより非常に大きく、電池21の内部抵抗である。1オームの中間の値は、突入電流に関して十分なバリアを提供し、イントラカラム電流を実質的に同一に保ち、イントラカラム電池電圧を十分なマージンでバランスさせて保つ。
他の全てのカラムは、第1の実施形態のバッファレジスタ26を介して測定ノード27に連結される。主たる直列以外のカラムは、「補助直列」39と称される。補助直列の電池21がモニタされないのに対して、主たる直列の電池21の電圧は、モニタされ、測定ノード27を介して直接バランスされる。バッファレジスタ26を介した主たる直列によって、補助直列のインターロー電圧バランスが、間接的に達成される。
i) スイッチ、リレーまたは、ある直列が失敗するケースにおいて、安価であるが、診断に役立ち、低減した容量でバッテリーパックを作動させることができるコンタクト;
ii) 温度または電流のいずれかにより活性化されるヒューズであって、該ヒューズはリセットされ又はリセットされることができなくてもよい。ヒューズは、極端に高い温度でのオペレーティングまたはオーバーロードから直列を保護する:
iii) 抵抗が温度に対して単調に、可逆的に、非線形に増加する正の熱係数(PTC;positive thermal coefficient)デバイス。PTCは、セル内部抵抗の負の熱係数を相殺でき、バッテリーパック内で熱勾配に対する電流分布の感度を減らす。PTCも、リセットされうる熱ヒューズとして機能する:
iv)低抵抗可変レジスタ、例えば、並列に導体を追加する(例えば、ストリップの表面に半田を加え、または、ストリップに追加の導体を半田付けする)ことにより抵抗が減少し、伝導パスをブロックすることにより(例えば、ストリップに穴を開け、または、ストリップの一部を切断する)ことにより抵抗が増大する導体のストリップなど。それは、アセンブリおよび保守の間に有用である:
v) 電流センサ:
vi) フィードバック制御によって、電流分布を制御するのに用いられる電子スイッチ(例えばCMOSデバイス)。制御ユニット50の設計および製造は、当業者には全くフレキシブルである。
Claims (15)
- a) mのカラムを更に備える直列−並列バッテリシステムであって、各カラムがバッテリシステムの負端子と正端子との間に直列に接続されるnのバッテリを備えることを特徴とする直列−並列バッテリシステムと、
b) mのカラムの各々においてn−1のバッテリに対応するn−1の測定ノードであって、バッファレジスタが、n=1の測定ノードに対応するカラムmに配置されたn=1のバッテリの各々の正端子から接続され、前記バッファレジスタが、n=2の測定ノードに対応するカラムmに配置されたn=2のバッテリの各々の正端子から接続され、同様に、前記バッファレジスタが、n−1の測定ノードに対応するカラムmのn−1のバッテリの正端子から接続されるまで続くことを特徴とする、n−1の測定ノードと、
c) バッテリ・システムの正端子に結合されたmのカラムの第n番目の電池の正バッテリ端子、および、電池システムの負端子に結合されたmのカラムのn=1の電池の負端子と、
を有するバッテリ管理システムであって、
前記n=1乃至n−1の測定ノードがバッテリシステム性能の測定を提供し、前記バッテリシステムの故障を検出することを特徴とするバッテリ管理システム。 - 前記直列−並列バッテリシステムが更に、mのカラム中の電流分布の調節のためにmのカラムの各々に管理ユニットを有することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記管理ユニットが更に、電流をモニタするための電流センサと、バッテリのmのカラムの故障カラムを除外するためにバッテリ管理ユニット(BMU)によって制御されるスイッチと、を有することを特徴とする請求項2に記載のシステム。
- 前記BMUが、バッテリシステムの各バッテリの電圧をモニタすることを特徴とする請求項3に記載のシステム。
- 前記バッファレジスタが、バッテリのm−1のカラムに結合し、m番目のカラムのバッテリが、測定ノードに直接結合される、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 同じカラムのバッテリが、おおよそ同じ容量のものであり、バッテリの内部抵抗と製品の容量がバッテリシステムにおけるカラム中でおおよそ等しくなるように、前記バッテリがグループ化され、選択されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記バッテリシステムが、各カラムのバッテリの平均温度がおおよそ等しくなるようにクーリング配置され、パッケージされることを更に有することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記バッファレジスタは、バッファレジスタが接続されるバッテリの内部抵抗より抵抗値が大きく、突入電流を制限するために抵抗値が十分大きく、内部カラム電流がmのカラムに配置されたバッテリのローにわたる電圧バランスを維持することができるように抵抗値が十分小さいことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 直列−並列バッテリシステムのパフォーマンスを管理する方法であって、
a)直列−並列構成に接続されたバッテリセルのmのカラムとnのローからバッテリを構成するステップであって、mのカラムのバッテリセルがバッテリの正端子と負端子との間に直列に接続されることを特徴とするステップと、
b)n−1の測定ノードを形成するステップであって、バッテリセルのローの各カラムのバッテリセルの正端子がバッファレジスタを介して前記測定ノードの一つに接続され、前記測定ノードの一つが前記ローを表す、ことを特徴とするステップと、
c)測定される前記測定ノードを選択するバッテリ管理ユニット(BMU)に前記n−1測定ノードを接続するステップと、
d)バッテリセルの各mのカラムの電流フローを測定するステップと、
e)前記mのカラム中の電流の分布を調整するために前記管理ユニットで各mのカラムの電流フローを測定するステップと
を有することを特徴とする方法。 - 前記管理ユニットが、電流をモニタするための電流センサと、バッテリセルのmのカラムの故障カラムを除外するためにBMUによって制御されるスイッチとを更に有することを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記バッファレジスタが、前記バッテリセルの内部抵抗より大きな抵抗を備え、突入電流を制限するのに十分大きく、内部カラム電流フローによりmのカラムのバッテリセルの前記ローにわたる電圧バランスを維持することができる抵抗値が十分小さい抵抗値を備えることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記バッファレジスタが、バッテリセルのm−1のカラムに結合され、バッテリセルのm番目のカラムが前記測定ノードに直接結合されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記バッテリセルが、mのカラムの同じカラムにおいてバッテリセルが同じ容量のものであり、セル容量の製品およびセル内部抵抗がmのカラム中でおおよそ等しいことを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記バッテリが、各カラムの前記セルの平均温度がおおよそ等しくなるようにクーリングし、パッケージすることを更に有することを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記BMUが、バッテリセルのmのカラムの各セルの電圧をモニタすることを特徴とする請求項9に記載の方法。
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