JP2014515248A - 車両適用のための高電圧バッテリシステム - Google Patents

Abstract

一実施形態では、バッテリ管理システムが、直列に配置された第１の複数の回路要素を含む、第１の回路を含み、第１の複数の回路要素は、直流（ＤＣ）電圧源と、第１の複数のスイッチング装置とを含み、第１の複数のスイッチング装置のそれぞれは、バッテリモジュールと関連付けられた第１の検出装置に接続され、第１の検出装置によって動作可能にスイッチングされて、バッテリモジュールの動作に対応するイベントの検出に応答した電圧差を発生させる。

Description

本開示は、一般に、バッテリ管理システムに関する。

図１は、プラグインハイブリッド電気車両（ＰＨＥＶ）又はハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）などのための、例示的な従来のバッテリシステム１００（管理及び制御を含む）を示す。セルが並列に接続されて、バッテリセットを形成する。例えば、リチウム鉄リンバッテリセル（ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｒｏｎ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌｓ）の場合、各セルは３．３Ｖを有する。直列に接続された１６のバッテリセットが、バッテリモジュール１０２（例えば、図１の例では、それぞれが５２．８ボルト（Ｖ）の値を有すると仮定される）などのバッテリモジュールを構成する。（モータ１１０に対して）直列に接続された６つのバッテリモジュール１０２が、この例では、３１６．８Ｖ（例えば、５２．８×６）の累積電圧値を有するバッテリシステム１００の一部を構成する。従来、各バッテリモジュール１０２の各バッテリセットは、車両電気制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ，ＥＣＵ）１０４によって直接監視及び制御される。ＥＣＵ１０４は、コントロールドエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスインタフェース１０６上で、各バッテリモジュール１０２と関連付けられたモジュールモニタ及びコントローラ１０８に結合される。この例では、必要に応じて、大量のデータが、監視（例えば、各バッテリセットについての電圧）及び制御（例えば、バッテリセットの容量をバランスの取れた状態に保つ既知のセルバランス装置によって実施されるような、バッテリセットバランシング）のために伝送される。結果として得られるバッテリシステム１００は、コスト効率が低くなる可能性がある（例えば、監視における複雑化）、かつ／あるいは、電気車両（ＥＶ）、ＨＥＶ、又はＰＨＥＶを低信頼にする場合がある環境の状況（例えば、電磁干渉（ＥＭＩ））に対して脆弱になる可能性がある。

より進歩したバッテリシステム２００が図２に示されており、ここで、バッテリシステム２００の制御及び監視は、マスタ２０２及びスレーブレベル２０４に分割される。様々な例の中でも、特に、１つの例として、ＥＣＵ１０４とマスタレベル２０２との間のインタフェースは、ＣＡＮバスインタフェース１０６を含むのに対して、マスタ２０２とスレーブレベル２０４との間のインタフェースは、ＲＳ４８５インタフェース２０６を含む。この例示的システムでは、監視のうちのほとんどは、スレーブレベル制御によって処理される。しかし、マスタ／スレーブ、及びマスタ／車両ＥＣＵの間の、ＲＳ４８５ ２０６、及び／又はＣＡＮ１０６を介したデータ伝送は依然として不可避であり、これは、特に、長いサービス時間の後、信頼性の問題をもたらす可能性がある。

一実施形態では、バッテリ管理システムが、直列に配置された第１の複数の回路要素を含む、第１の回路を含み、第１の複数の回路要素は、直流（ＤＣ）電圧源と、第１の複数のスイッチング装置とを含み、第１の複数のスイッチング装置のそれぞれは、バッテリモジュールと関連付けられた第１の検出装置に接続され、第１の検出装置によって動作可能にスイッチングされて、バッテリモジュールの動作に対応するイベントの検出に応答した電圧差を発生させる。

本開示のシステム及び方法の多くの態様は、以下の図面を参照すればより良く理解することが可能である。図面中の構成要素は、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに、本開示の原理を明確に説明する強調がなされている。その上、図面中で、同様の参照番号は、いくつかの図を通して、対応する部分を示す。
プラグインハイブリッド電気車両（ＰＨＥＶ）又はハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）のための、管理及び制御を含む例示的な従来のバッテリシステムのブロック図である。 電気車両（ＥＶ）、ＨＥＶ、又はＰＨＥＶのために作られた、より進歩した例示的な従来のバッテリシステムのブロック図である。 過充電／過放電（ＯＣ／ＯＤ）アラーム検出の機能を含むバッテリ管理（ＢＭ）システムのいくつかの実施形態のブロック図である。 過充電／過放電（ＯＣ／ＯＤ）アラーム検出の機能を含むバッテリ管理（ＢＭ）システムのいくつかの実施形態のブロック図である。 過充電／過放電（ＯＣ／ＯＤ）アラーム検出の機能を含むバッテリ管理（ＢＭ）システムのいくつかの実施形態のブロック図である。 ＯＣ／ＯＤアラーム検出及び温度監視の両方の機能を含み、後者は、ＯＣ／ＯＤアラーム検出のために使用されるものと同じ電源を使用する第２のループに従う、ＢＭシステムの別の実施形態のブロック図である。 ＯＣ／ＯＤアラーム検出及び温度監視の両方の機能を、電気ループが異なり、絶縁されているという前提で、同じスイッチング装置を使用して含む、ＢＭシステムの別の実施形態のブロック図である。 図５Ａに示すＢＭシステムの一部のより詳細な図を提供するブロック図である。 スイッチング装置を、他の開示された実施形態のいくつかと比較した場合、逆向きに配置する、ＢＭシステムの別の実施形態のブロック図である。 スイッチング装置のそれぞれと制御ユニットとの間にケーブルが接続され、制御ユニットが、各スイッチング装置の間の電圧差を監視することによって、どのスイッチング装置が開いているかを検出することを可能にする、ＢＭシステムの別の実施形態のブロック図である。 スイッチング装置のそれぞれと制御ユニットとの間にケーブルが接続され、制御ユニットが、各スイッチング装置の間の電圧差を監視することによって、どのスイッチング装置が開いているかを検出することを可能にする、ＢＭシステムの別の実施形態のブロック図である。 制御ユニットが、他の実施形態で説明されたＥＣＵと同じ様式で働く中間ＰＣＢとして構成され、ＢＭシステムがコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）対応であることを可能にする、ＢＭシステムの別の実施形態のブロック図である。 例示的ＢＭ方法の実施形態のフローチャートである。

本明細書中で開示されるのは、ＲＳ４８５、又はコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）などの通信プロトコルを介したデータ伝送が、電圧検出などのアナログ手段によって置き換えられる、バッテリ管理（ＢＭ）システム及び方法（本明細書中で集合的に又は個別にＢＭシステムとも呼ばれる）の特定の実施形態である。本明細書中で開示されるＢＭシステムの１つ以上の実施形態は、高いノイズ耐性を有し、その理由は、全ての信号検出が、１つ以上のスイッチング装置（例えば、ラッチリレーなど）によって、メイン高電力輸送回路（例えば、ループ）に隔離されるからである。従って、ＢＭシステムの１つ以上の実施形態は、単純さ（例えば、保守が容易である、かつ、複雑な通信がないという観点からプラグアンドプレイアーキテクチャとして利用可能であり得る）、信頼性（例えば、サービス寿命中の耐久性）、及び／又は、低価格性（例えば、費用効率が高い）を示してもよい、高電圧バッテリシステムを確立する。

ＢＭシステムの特定の実施形態は、リチウムイオンバッテリ（例えば、リチウム鉄リンバッテリ）での使用に関連して本明細書中で説明されるが、本明細書中で開示されるＢＭシステムの適用可能性は、いかなる特定のタイプのバッテリシステムにも限定されず、従って、その他のタイプのバッテリシステムが本開示の範囲内にあると考えられる、ということを当業者は理解されたい。

図３Ａを参照すると、例示的ＢＭシステム３００の一実施形態が示されている。ＢＭシステム３００は、直列に配置された回路要素を有する第１の回路３０２を含み、回路要素は、車両電気制御ユニット（ＥＣＵ）３０４などの、コントローラと、独立した直流（ＤＣ）電圧源３０６（例えば、本明細書中で電源又は１２Ｖバッテリとも呼ばれる１２Ｖ源、しかし、その他の電圧値が使用されてもよいということを理解されたい）と、スイッチング装置３０８などの、複数のスイッチング装置（本明細書中では個別に又は集合的に参照番号３０８を使用して参照される）とを含む。ＥＣＵ３０４は、電圧差（例えば、電圧低下又は電圧増加）検出のための抵抗器又は抵抗デバイスを含んでもよい。一実施形態では、各スイッチング装置３０８は、ラッチングリレーとして実施されてもよく、これは、関連する接点を開又は閉にする電流パルスによって駆動されてもよい。例えば、正電流が通過させられた場合、リレーは開かれ（又は、いくつかの実施形態では、閉じられ）、負電流が通過させられた場合、リレーは閉じられる（又は、いくつかの実施形態では、開く）。電流の向きが同じに保たれる場合、又は、電流が存在しない場合、開又は閉位置は存続する。

バッテリモジュール３１０などの、バッテリモジュールが、スイッチング装置３０８のそれぞれと関連付けられる。バッテリモジュール３１０は、図１及び図２に関連して説明したものと類似の構成であってもよく、図３Ａに示す例では、５２．８ボルト（Ｖ）の電圧値を含んでもよく、しかし、その他の電圧値が考慮される。図３Ａに示すバッテリモジュール３１０のそれぞれは、同じ又は類似の構成であり、直列ループ３１６内で、相互に、及びモータ３１４に、直列に接続される。

各バッテリモジュール３１０は、検出装置３１２などの、１つ以上の検出装置に（例えば、排他的に）電力を供給する。各検出装置３１２は、それぞれのスイッチング装置３０８に接続される。一実施形態では、検出装置３１２は、過充電／過放電（ＯＣ／ＯＤ）検出装置であってもよく、これは、名称が意味するように、過充電／過放電アラーム検出を提供する。いくつかの実施形態では、ＯＣ／ＯＤ装置３１２は、別のタイプの検出装置で置き換えられてもよい。各ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２は、各バッテリモジュール３１０内で（例えば、直列に）接続された各バッテリセットの電圧を監視するために使用される。例えば、一実施形態では、４つ又は８つのチャネルが監視機能内で利用可能であってもよいが、いくつかの実施形態では、その他の数量が含まれてもよい。８つのチャネルの場合、８つのチャネルは、直列に接続された８つのセル又は８つのバッテリセットの電圧を検出するために、合計９本のケーブルを使用する（しかし、例えばいくつかの実施形態では、無線構成が使用されてもよい）。チャネルのうちのいずれかが所与の閾値（例えば、過充電又は過放電閾値）を超過（又は、閾値未満に低下）した場合、ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２によって、スイッチング装置３０８に、スイッチング装置を開又は閉に駆動するための電圧が提供される。いくつかの場合、スイッチング装置３０８がすでに開かれていたならば、リセット電流が、過充電／過放電ボード（例えば、ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２）をリセットするために使用されてもよい。他の場合、既知の自動再開機能が利用可能であるならば、リセット動作（リセット電流を通過させること）は必要ではない。

回路３０２（例えば、ループ）内のスイッチング装置３０８のそれぞれは、ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２などの、関連する「パラシティック」検出装置によって制御され、各バッテリモジュール３１０は、いくつかの実施形態では、１つ以上のパラシティック装置と共に実装されてもよい。パラシティックは、本明細書中では、ＥＣＵ制御がない（すなわち、ＥＣＵ制御が必要とされない）ことを意味し、一実施形態では、そのようなパラシティック装置は、バッテリモジュール３１０内のバッテリによってのみ電力を供給される。パラシティック装置は、ＥＣＵ３０４へのアラーム信号を生成してもよい。以下に更に詳細に説明するように、パラシティック装置の例は、以下に限定されないが、ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２、セルバランシング装置、及び温度監視装置を含む。スイッチング装置３０８は電気絶縁装置として振る舞うため、１２Ｖループ回路３０２は、直列に接続されたバッテリモジュール３１０から絶縁され、従って、バッテリモジュール３１０のそれぞれを介したノイズ干渉は起こり得ない。図３Ａに示す例では、ＥＣＵ３０４は、回路３０２の電圧低下を検出する。言い換えると、ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２のうちのいずれかが、１つ以上のモジュール３１０内の、バッテリセットのうちの１つの過充電又は過放電を検出した場合、接続されたスイッチング装置３０８は、検出したＯＣ／ＯＤ検出装置３１２によって開にトリガされる。スイッチング装置３０８のうちのいずれかが開にトリガされた場合、ＥＣＵ３０４は、電圧源３０６から、この例では１２Ｖから０Ｖまでの、電圧低下を応答して検出する。

図３Ｂは、図３Ａに示すＢＭシステム３００の少なくとも一部のより詳細な図を提供し、同様の参照番号が、図３Ａにおいて見出されるものと同じ又は類似の特徴に対応し、従って、下記を除き、同じ特徴の説明はここでは省略される。特に、ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２は、（図３Ｂのスイッチング装置３０８における「＋」及び「−」で表される）端子間に接続されたロジックボードとして実施されてもよい（わかりやすくするために、バッテリモジュール３１０は省略されている）。更に、スイッチング装置３０８は、示されているように、２端子ラッチリレーを含んでもよく、各スイッチング装置３０８は、端子を介して、別のスイッチング装置３０８と結合される。いくつかの実施形態では、スイッチング装置３０８のその他の構成が使用されてもよいということに留意されたい。

図３Ｃは、図３Ｂに示す実施形態の変形である、別のＢＭシステム実施形態を含む。図３Ｃに示すＢＭシステム３００Ａの場合、電源３０６と、スイッチング装置３０８と、抵抗器３１８とが、回路３０２内で直列に接続される。ＥＣＵ３０４は、回路３２０に従って、１２Ｖバッテリ３０６によって別個に電力を供給される。スイッチング装置３０８とＥＣＵ３０４との間（例えば、ＥＣＵ３０４と、図３Ｃの最も左側に示す最初のスイッチング装置３０８との間、及び、ＥＣＵ３０４と、図３Ｃの最も右側に示す最後のスイッチング装置３０８との間）の接続３２２及び３２４は、従って、電圧検出のみのために使用される。この場合、全てのスイッチング装置３０８が閉じられているならば、ＥＣＵ３０４によって電圧差は検出されない（全て１２Ｖとなる）。スイッチング装置３０８のうちの１つが開かれた場合のみ、ＥＣＵ３０４によって１２Ｖの電圧差が検出される。ＥＣＵ３０４によって検出される電圧差は、この場合と、図３Ａ及び図３Ｂで説明した前の場合（１２Ｖから０Ｖへの電圧の低下）とで異なる。

次に図４を参照すると、ＢＭシステム４００の別の実施形態が示されている。図３Ａ〜図３Ｂに関連して説明した実施形態と同様に、ＢＭシステム４００は、ＥＣＵ３０４と、電圧源３０６と、複数のスイッチング装置３０８とを含む、直列に配置された複数の回路要素を含む、回路３０２（例えば、ループ）を含む。各スイッチング装置３０８は、関連するバッテリモジュール３１０によって（例えば、いくつかの実施形態では排他的に）電力を供給される、ＯＣ／ＤＣ検出装置３１２に接続され、ＯＣ／ＤＣ検出装置３１２によって動作可能にスイッチングされる。これらの構成要素の動作は、図３Ａ〜図３Ｂに関連して説明した通りであり、従って、下記を除き、同じ構成要素の説明はここでは省略される。ＢＭシステム４００は、ＥＣＵ３０４と、電圧源３０６と、スイッチング装置３０８と同じ又は類似の構成の複数のスイッチング装置４０８とを含む、やはり直列に配置された複数の回路要素を含む、第２の回路４０２（例えば、ループ）を含む。各スイッチング装置４０８は、検出装置４１０に接続され、検出装置４１０によって動作可能にスイッチングされ、検出装置４１０は、関連するバッテリモジュール３１０によって（例えば、排他的に）電力を供給される。図４に示す実施形態では、検出装置４１０は、温度監視装置として実施される。いくつかの実施形態では、異なるタイプの検出装置が、検出装置３１２及び４１０のいずれかの代わりに使用されてもよく、かつ／又は、追加の検出装置が（例えば、いくつかの実施形態では、回路４０２と同様に構成された回路の、対応する増加を伴って）使用されてもよい。温度監視装置４１０は、温度監視装置がバッテリモジュール３１０の温度を感知することを除き、ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２と同じ又は類似の手法で働く。

ＯＣ／ＯＤ監視のために採用されるものと類似の方法を使用して、温度監視装置４１０は、別個の回路（例えば、回路３０２と対比される回路４０２）内に実装されてもよく、しかし、同じ電圧源３０６を使用する。回路４０２のスイッチング装置４０８のうちのいずれかが、温度監視装置４１０によってトリガされた場合、ＥＣＵ３０４は、源３０６の両端の電圧（例えば、この例では１２Ｖ）によって、電圧差を検出する。回路３０２及び４０２と、対応する回路要素とを使用して、ＥＣＵ３０４は、ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２又は温度過昇監視装置４１０のいずれかによって検出されたイベント（例えば、過充電又は過放電、過大温度）を識別することが可能である。図４には２つの回路（例えば、ループ）が示されているが、（例えば、回路４０２と類似の）追加の回路が、バッテリモジュールの動作、又はその他の（例えば、環境）条件に対応する追加のイベント（例えば、ミスバランスなど）の検出のために追加されてもよいということが理解されるべきである、ということに留意されたい。例えば、いくつかの実施形態では（例えば、温度監視の代わりに、又は、温度監視に加えて）セルバランス装置が採用されてもよく、セル装置は、バッテリセットの容量をバランスの取れた状態に保つことにおいて使用される。

ＥＣＵ３０４（又は、以下で説明するコントローラボードなどの、その他のコントローラ）は、いくつかの実施形態では、以下の機能のうちの１つ以上を実行するように構成されてもよいということに留意されたい：バッテリセットの過充電／過放電のアラームの受け入れ、バッテリモジュールの温度過昇のアラームの受け入れ、高電力を輸送する回路内に実装されたスイッチング装置の制御の提供（必要とされるスイッチング装置の数は、例えば、安全性の配慮に依存し、各バッテリモジュール３１０に対して１つなど、１つ以上を使用して構成されてもよい）、及び、必要に応じて、バッテリモジュール３１０のそれぞれに対して実装されたファンの制御。

更に、一実施形態では、バッテリモジュール３１０によって生成される出力は、以下のうちの１つ以上を含んでもよい：過充電又は過放電のアラーム信号、温度過昇のアラーム信号。

次に図５Ａ〜図５Ｂを参照すると、図３Ａに示すＢＭシステム３００と類似の構成を有するＢＭシステム５００の一実施形態が示されている。ＢＭシステム５００は、ＥＣＵ３０４と、電圧源３０６と、一実施形態ではラッチングリレーとして構成された複数のスイッチング装置５０８とを含む、直列に配置された複数の回路要素から成る回路３０２を含む。各スイッチング装置５０８は、ＯＣ／ＤＣ検出装置３１２及び温度監視装置４１０の両方に接続され、装置３１２及び４１０は、関連するバッテリモジュール３１０によって電力を供給される。言い換えると、ＯＣ／ＤＣ検出装置３１２及び温度監視装置４１０は、両方とも同じスイッチング装置５０８に結合される（かつ、これを作動させる）（例えば、電気ループが異なり、かつ絶縁されている−言い換えると、温度監視装置４１０とＯＣ／ＯＤ検出装置３１２とは、スイッチング装置５０８に別個に接続されているという前提で）。図５Ｂに部分的に示されている実施形態５００Ａなどの、いくつかの実施形態では（その他の構成要素は、図５Ａに示されているものと同様であるという理解の下で）、スイッチング装置５０８は、２つのスイッチング装置５１０Ａ、５１０Ｂ（例えば、ラッチリレー）によって置き換えられてもよい。従って、スイッチング装置５１０Ａは、ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２に接続され、スイッチング装置５１０Ｂは、温度監視装置（ＴＤ）４１０に接続され、スイッチング装置５１０Ａ、５１０Ｂのスイッチング端子（図５Ａには示されていない）は、図５Ｂに示すように、直列に接続される。一例示的動作では、図５Ａに示すスイッチング装置５０８（又は、図５Ｂに示す装置５１０Ａ、５１０Ｂ）のうちのいずれかが、ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２又は温度監視装置４１０によって開にトリガされた場合、ＥＣＵ３０４は、１２Ｖの電圧低下差を検出する。従って、ＥＣＵ３０４は、バッテリシステム５００によってイベント（例えば、問題）が生じたことを「認識」し、しかし、正確な理由は認識されない可能性がある。

次に図６に注意を向けると、これは、１つの回路のスイッチング装置が標準的な配列で（例えば、前述の手法で）接続され、別の回路のスイッチング装置が逆の配列で接続された、ＢＭシステム６００の一実施形態を示す。特に、ＢＭシステム６００は、ＥＣＵ３０４と、電圧源３０６と、複数のスイッチング装置３０８とを含む、上述の複数の回路要素を含む、直列回路３０２を含む。各スイッチング装置３０８は、関連するバッテリモジュール３１０によって電力を供給されるＯＣ／ＤＣ検出装置３１２に接続される。ＢＭシステム６００は、ノーマルオープン回路構成を有する別の直列回路６０２を含み、回路６０２は、ＥＣＵ３０４と、電圧源３０６と、複数のスイッチング装置６０４（例えば、ラッチリレー）とを含み、各スイッチング装置６０４は、ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２に接続される。従って、以前の実施形態とは異なり、スイッチング装置６０４を（ＥＣＵ３０４によってトリガされるように）逆向きに配置することによって、スイッチング装置６０４の動作は、リバース（逆）になっている。回路６０２が、ＥＣＵ３０４によって閉じられた（又は、いくつかの実施形態では、手動で閉じられた）場合、全てのスイッチング装置６０４が、動作端において閉にトリガされる。そのような動作は、図６に示すように、例えば、ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２（あるいは、図４、図５Ａ、又は図５Ｂに示す構成などにおいて採用される場合、温度監視装置４１０）をリセットすることにおいて使用されてもよい（スイッチング装置３０８のうちの１つ（のみ）が、ＯＣ／ＯＤ検出装置３１２又は温度監視装置４１０によって以前に開かれた場合）。

図７Ａは、図３Ｃに関連して前述した、図３Ｃに示す回路要素と類似の、同様の参照番号によって示される回路要素を有する、ＢＭシステム７００の別の実施形態を示し、従って、同じ回路要素の説明は、簡潔にするために省略される。言い換えると、制御ユニット３０４は、スイッチング装置３０８を開くことに応答して生成される電圧差を検出することにおいて使用される。更に、制御ユニット３０４は、別個の回路（例えば、回路３０２と対比した回路３２０）によって電力を供給される。従って、図３Ａでは、制御ユニット３０４は、同じ回路３０２によって、電力を供給され、かつ感知するのに対して、図３Ｃ（及び、ここでは図７Ａに該当）では、制御ユニット３０４は、１つの回路３２０によって電力を供給され、別の回路３０２を感知することにおいて使用される。更に、図３Ｃは、最初及び最後のスイッチング装置の間の電圧差の検出に応答した、電圧源３０６に対応する電圧から（ほぼ）０までの電圧差を検出することによって、電圧差（例えば、電圧低下）が検出される一実施形態を示すのに対して、以下に説明するように、図７Ａは、そのスイッチング装置３０８の識別において、更に踏み込む。

ＢＭシステム７００は、スイッチング装置３０８のそれぞれと、ＥＣＵ３０４との間に接続された、ケーブル７０２（例えば、７０２Ａ〜７０２Ｇ）を含む。そのような構成において、ＥＣＵ３０４は、各スイッチング装置の間の電圧差を監視することによって、どのスイッチング装置３０８が開であるかを検出することが可能にされる。図７に示す例では、どのバッテリモジュール３１０が過充電又は過放電であるかを見分けるために、６つのスイッチング装置３０８が、合計７本のケーブルを使用する。ＥＣＵ３０４は、回路３０２とは別個の、回路３２０の一部である。図７Ｂは、図７Ａに示す実施形態のより詳細な図（隣接するスイッチング装置３０８の端子間の直列接続が、ケーブル７０２を介したＥＣＵ３０４への接続と共に示されている）を提供する（わかりやすくするために、バッテリモジュール３１０は省略されている）。いくつかの実施形態では、図７Ａに示す個別のケーブル７０２の構成は、図３Ａ及び図３Ｂに示すアーキテクチャを有するＢＭシステムに関連して使用されてもよいということに留意されたい。

図８では、電圧源３０６とスイッチング装置３０８とを含む回路要素の、回路３０２内での直列配置を含み、各スイッチング装置３０８が、バッテリモジュール３１０に関連するＯＣ／ＯＤ検出装置３１２に接続された、図３Ａに示すものと類似の回路配置を有する別のＢＭシステム実施形態８００が示されている。加えて、回路３０２は、ＣＡＮバスインタフェース８０４上でＥＣＵ３０４に結合された、コントローラボード８０２を含む。言い換えると、ＥＣＵ３０４は、上述のＥＣＵ３０４と同じ（又は類似の）様式で働く中間プリント回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ，ＰＣＢ）によって置き換えられてもよい。この配置の１つの利点は、バッテリシステム８００が、ＣＡＮインタフェース対応であってもよく、従って、任意の既存のＥＣＵに接続される準備ができているということである。

いくつかの実施形態では、本開示を通して例として使用されている１２Ｖ電圧源３０６は、スイッチング装置（例えば、３０８）を接続する回路（例えば、３０２）を通して流れる電流が持続可能ならば、１２Ｖ以外のバッテリによって置き換えられてもよいということに留意されたい。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ３０４の正常な動作が（例えば、いなかる有意な程度にも）影響を受けないという前提で、１２Ｖ電圧源３０６は、高電圧（例えば、３１６．８Ｖ）を１２Ｖに下方変換するコンバータに接続されてもよい。

いくつかの実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）が抵抗器と直列に含まれ、スイッチング装置（例えば、３０８、２つの端子は図３Ｂ又は図３Ｃ又は図７Ｂにおいてより明確に示されている）の端子のそれぞれの間に接続されてもよい。スイッチング装置のうちのいずれかが開かれた場合、スイッチング装置の端子間に生成される電圧差のため、ＬＥＤライトが付勢される（例えば、オンにされる）。ＬＥＤは、どのバッテリモジュール３１０がイベント（例えば、問題）を生成しているかの指示として使用されてもよい。１つ以上のＬＥＤが、温度監視装置４１０（例えば、図４、図５Ａ、図５Ｂを参照）のためのスイッチング装置の両端に実装された場合、どのモジュール３１０が問題を有するかの指示が可能になる（例えば、温度過昇、又は過充電／過放電）。いくつかの実施形態では、ＬＥＤは、可聴装置（例えば、ブザー）、又は、どのモジュール３１０によってどの問題が生成されているかを識別するために使用されてもよい任意の装置で置き換えられてもよい。

本明細書中で説明されるＢＭシステムの特定の実施形態において、ＥＣＵ３０４は、各バッテリセットの動作の全ての詳細を認識する必要はないということに留意されたい。例えば、ＥＣＵ３０４は、バッテリモジュール３１０によってアラーム信号が生成された場合に行われる動作に関与する。この観点から、バッテリモジュールの間の複雑な通信が、電圧などの単純な機械的信号によって置き換えられてもよく、従って、長いサービス寿命にわたって非常に高信頼であること、及び、更に、様々なノイズ源の中でも、特に、インバータ、モータ、又は高電圧−低電圧コンバータから来るノイズを免れることが可能である。言い換えると、上述の、ＥＣＵ３０４及びバッテリモジュール３１０のための機能は、高電圧バッテリシステムのために重要である。但し、いくつかの実施形態では、より高度な機能も採用されてもよい。同様に、いくつかのＢＭシステム実施形態では、上述のいくつかの機能が省略されてもよく、かつ／又は、いくつかの実施形態では、上述の図面に関連して示され、説明された特徴が、混合され、組み合わされてもよい。

ＢＭシステムの様々な実施形態について説明したので、特定のＢＭシステムの有用性を説明するために、いくつかの例示的実装について以下に説明する。電気車両（ＥＶ）内でＢＭシステムを採用する例において、以下が仮定される。（ａ）３つの１８Ａｈセルが並列に接続されて、５４Ａｈバッテリセットを形成し、（ｂ）１６のセットが直列に接続されて、バッテリモジュール（例えば、モジュール３１０）を形成し、（ｃ）６つのバッテリモジュールが直列に接続されて、バッテリシステムを形成し（例えば、図４に示す配置に類似）、（ｄ）バッテリモジュールのそれぞれについて、２つの８チャネルＯＣ／ＯＤ検出装置（例えば、ボード）と、４つの４チャネルバランスボードと、１つの８チャネル温度監視装置（例えば、ボード）とが設置され（前述のように、全てのこれらの検出装置はパラシティックと考えられる）、（ｅ）ＯＣ／ＯＤ検出ボードに接続された全てのスイッチング装置が直列に接続されて、第１の回路又はループを形成し（例えば、合計１２のスイッチング装置）、（ｆ）温度監視ボードに接続された全てのスイッチング装置が、第２のループを形成する別の直列において接続される（合計６つのスイッチング装置）。この例では、図４のＢＭシステム４００と類似のＢＭシステムが採用されてもよい。

次に例示的動作について述べると、運転中に、１つ以上のモジュール（例えば、３１０）のバッテリセットのうちのいずれかの電圧が低下した場合、関連するＯＣ／ＯＤ検出ボードによって過放電信号が生成される。結果として、ＯＣ／ＯＤ検出ボードに接続されたスイッチング装置が開かれ、これに応答して、ＥＣＵは、１２Ｖから０Ｖまでの電圧差を検出し、ＥＣＵは、車両が安全に駐車されるまで、モータへの電流を制限し始める。

充電中に、バッテリセットのうちのいずれかの電圧が上昇した場合、ＯＣ／ＯＤ検出ボードによって過充電信号が生成される。結果として、ＯＣ／ＯＤ検出ボードに接続されたスイッチング装置が開かれ、これに応答して、ＥＣＵは、１２Ｖから０Ｖまでの電圧差を検出し、ＥＣＵは、ＯＣ／ＯＤ検出ボードが再開され、ＯＣ／ＯＤ検出ボードに接続されたスイッチング装置が再び閉じられるまで、充電電流を制限し始める。予め設定された充電電圧（例えば、３４０Ｖ）が達成されるまで、同じ動作が繰り返される。例えば、充電器が車両から取り外されるまで、充電器は、より低い電圧（例えば、３１８Ｖ）において再開されてもよい。

ＰＨＥＶにおいて採用されるＢＭシステムについてなどの別の例では、以下が仮定される。（ａ）３つの１８Ａｈセルが並列に接続されて、５４Ａｈバッテリセットを形成し、（ｂ）１６のセットが直列に接続されて、バッテリモジュールを形成し、（ｃ）６つのバッテリモジュールが直列に接続されて、バッテリシステムを形成し、（ｄ）バッテリモジュールのそれぞれにおいて、２つの８チャネルＯＣ／ＯＤ検出ボードと、４つの４チャネルバランスボードと、１つの８チャネル温度監視ボードとが設置され（前述のように、全てのこれらの装置はパラシティックである）、（ｅ）ＯＣ／ＯＤ検出ボードに接続された全てのスイッチング装置が直列に接続されて、第１のループを形成し（例えば、合計１２のスイッチング装置）、（ｆ）温度監視ボードに接続された全てのスイッチング装置が、第２のループを形成する別の直列において接続される（例えば、合計６つのリレー）。この例では、図７Ａ〜図７ＢのＢＭシステム７００と類似のＢＭシステムが、イベント（例えば、問題）を生成しているバッテリモジュールの検出のために採用されてもよい。

一例示的動作では、運転中に、バッテリセットのうちのいずれかの電圧が低下した場合、ＯＣ／ＯＤ検出ボードによって過放電信号が生成される。結果として、ＯＣ／ＯＤ検出ボードに接続されたスイッチング装置が開かれ、これに応答して、ＥＣＵは、０Ｖから１２Ｖまでの電圧差を検出し、従って、バッテリシステムを再充電するために、発電機セット（例えば、ディーゼル発電機）を始動させる。ＥＣＵは、バッテリシステム全体では依然として高いが、同じモジュールが過放電の問題を示し続ける場合のような問題が頻繁に生成されたら、ディスプレイ装置の画面上に、表示「保守が必要です（ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｄ）」を提示するように更に構成されてもよい。

充電中に、バッテリセットのうちのいずれかの電圧が上昇した場合、ＯＣ／ＯＤ検出ボードによって過充電信号が生成される。結果として、ＯＣ／ＯＤ検出ボードに接続されたスイッチング装置が開かれる。この時、ＥＣＵは、０Ｖから１２Ｖまでの電圧差を検出し、ＥＣＵは、過ＯＣ／ＯＤ検出ボードが再開され、過ＯＣ／ＯＤ検出ボードに接続されたスイッチング装置が再び閉じられるまで、発電機セット（ｇｅｎｓｅｔ）又は充電器のいずれかから来る充電電流を制限し始める。

車両が「オン」である場合、これは充電が発電セットから来ていることを意味し、従って、発電セットは、バッテリ容量の低下の状況が次回存在するまでトリガされない（この状況は、充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ，ＳＯＣ）モニタを介して、又は、バッテリシステム電圧の判定を介して監視されてもよい）。車両が「オフ」モードにある場合、予め設定された充電電圧（例えば、３４０Ｖ）が達成されるまで、同じ充電動作が繰り返されてもよい。例えば、充電器が車両から取り外されるまで、充電器は、より低い電圧（例えば、３１８Ｖ）において再開される。ＥＣＵは、バッテリシステム全体では依然として低いが、同じモジュールが過充電の問題を示し続ける場合のような問題が頻繁に生成されたら、「保守が必要です（ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｄ）」を表示するように更に設計されてもよい。全ての機能の設計はＥＣＵによって行われてもよく、これは、いくつかの実施形態では、バッテリシステム自体には直接関連しなくてもよいということに留意されたい。

上述の例は、特定のＢＭシステム実施形態が、ＥＶ、ＰＨＥＶ、又はＨＥＶなどの高電圧適用例に対してうまく働く可能性があるということを実証することにおいて有用である。特定のＢＭシステム実施形態は、高電圧を必要とする、かつ、直列に接続されたいくつかのバッテリモジュールを有する、かつ、適用例のためのＥＣＵ又はＰＬＣ（又はその他の）制御を必要とする、任意の適用例に適用可能であってもよいということを理解されたい。

ＢＭシステムの特定の実施形態の上記の説明を考慮して、図９に示す、ＢＭ方法９００と呼ばれる一方法実施形態は、第１の検出装置において、バッテリモジュールの動作に対応するイベントを検出し、バッテリモジュールは、第１の検出装置に電力を供給するように構成され（９０２）、検出することに応答して、第１のスイッチング装置を開き、第１のスイッチング装置は、直列に配置された複数の回路要素のうちの、直列に配置された回路要素を構成し、複数の回路要素は、直流（ＤＣ）電圧源を含み（９０４）、制御ユニットにおいて、開かれた第１のスイッチング装置に対応する電圧差を検出し（９０６）、制御ユニットにおける検出することに応答した、アラームを提供すること（アラームは、イベントに対応する）（９０８）を含むことを理解されたい。

当業者によって理解されるように、図９に関連して示された又は説明された順序とは異なる順序（含まれる機能に応じて、実質的に同時、又は逆の順序を含む）で機能が実行されてもよい、代替の実施が、本開示の範囲内に含まれてもよい、ということに留意されたい。

本開示の上述の実施形態は、単にＢＭシステム及び方法実施形態の原理の明確な理解のために述べられた、可能な実施の例であるにすぎない、ということが強調されるべきである。多くの変形及び修正が、上述の実施形態（１つ又は複数）に対して、精神及び原理において実質的に逸脱することなく行われてもよい。全てのそのような修正及び変形は、本開示の範囲内に含まれ、特許請求の範囲によって保護されることがここに意図される。

Claims (20)

1. 直列に配置された第１の複数の回路要素を備える第１の回路を備え、
   前記第１の複数の回路要素は、
   直流（ＤＣ）電圧源と、
   第１の複数のスイッチング装置とを備え、前記第１の複数のスイッチング装置のそれぞれは、バッテリモジュールに関連付けられた第１の検出装置に接続され、前記第１の検出装置によって動作可能にスイッチングされて、前記バッテリモジュールの動作に対応するイベントの検出に応答した電圧差を発生させる、
   バッテリ管理システム。
2. 前記第１の複数のスイッチング装置は、前記電圧源を前記バッテリモジュールから電気的に絶縁する、
   請求項１に記載のシステム。
3. 制御ユニットを更に備え、
   ここで、前記第１の検出装置は、前記関連付けられたバッテリモジュールの動作に対応する第１のイベントを検出し、当該検出に応答して前記第１の複数のスイッチング装置のうちの関連付けられたスイッチング装置を作動させるように構成され、これにより、前記制御ユニットは、前記電圧源から電圧差を応答して検出する、
   請求項１に記載のシステム。
4. 前記複数の回路要素は制御回路を備え、
   第２の回路を更に備え、
   前記第２の回路は、直列に配置された第２の複数の回路要素を備え、
   前記第２の複数の回路要素は、前記電圧源と、制御ユニットと、第２の複数のスイッチング装置とを備え、
   前記第２の複数のスイッチング装置のそれぞれは、前記バッテリモジュールに関連付けられた第２の検出装置に接続され、前記第２の検出装置によって動作可能にスイッチングされて、前記バッテリモジュールの動作に対応するイベントの検出に応答した電圧差を発生させる、
   請求項１に記載のシステム。
5. 前記第２の検出装置は、前記関連付けられたバッテリモジュールの動作に対応する第２のイベントを検出し、当該検出に応答して、前記第２の複数のスイッチング装置のうちの関連付けられたスイッチング装置を作動させるように構成され、これにより、前記制御ユニットは、前記電圧源から、電圧差を応答して検出する、
   請求項４に記載のシステム。
6. 制御ユニットを更に備え、
   ここで、前記第１の複数のスイッチング装置のそれぞれは、更に、第２の検出装置によってスイッチング可能に動作させられて、異なるイベントの検出に応答した電圧差を発生させる、
   請求項１に記載のシステム。
7. 制御ユニットを更に備え、
   ここで、前記第１の複数の回路要素は、第２の複数のスイッチング装置を備え、前記第２の複数のスイッチング装置のそれぞれは、前記バッテリモジュールに関連付けられた第２の検出装置に接続され、前記第２の検出装置によって動作可能にスイッチングされて、異なるイベントの検出に応答した電圧差を発生させる、
   請求項１に記載のシステム。
8. 制御ユニットを更に備え、
   ここで、前記制御ユニットは、前記第１の複数のスイッチング装置の各々に接続されて、前記第１の検出装置の各々によってスイッチング可能に動作させられる前記第１の複数のスイッチング装置のうちの１つを前記制御ユニットにより識別することが可能である、
   請求項１に記載のシステム。
9. 制御ユニットを更に備え、
   ここで、前記制御ユニットは、車両電気制御ユニット（ＥＣＵ）を備える、
   請求項１に記載のシステム。
10. 制御ユニットを更に備え、
    ここで、前記制御ユニットは、車両電気制御ユニット（ＥＣＵ）に結合されたコントローラボードを備え、ここで、前記第１の回路は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）対応である、
    請求項１に記載のシステム。
11. 前記第１の回路は、前記電圧源に結合されたコンバータを更に備え、
    ここで、前記コンバータは、第１の電圧を第２の電圧に変換するように構成される、
    請求項１に記載のシステム。
12. 前記第１のスイッチング装置の端子間に接続されたアラームインジケータを更に備え、
    前記アラームインジケータは、可視指示、可聴指示、又は両方の組み合わせを提供する、
    請求項１に記載のシステム。
13. 制御ユニットを更に備え、
    ここで、前記制御ユニットは、前記イベントに対応するアラームを受信するように構成され、前記アラームは、前記バッテリモジュールによって生成される、
    請求項１に記載のシステム。
14. 前記第１の検出装置は、前記バッテリモジュールによって電力を供給される、
    請求項１に記載のシステム。
15. 制御ユニットを更に備え、
    前記制御ユニットは、前記電圧源を備える第２の回路内に含まれ、
    前記第１の回路は、抵抗器を更に含み、
    ここで、前記制御ユニットは、前記第１の複数のスイッチング装置のうちの最初及び最後のスイッチング装置のみに接続され、ここで、前記最初及び前記最後のスイッチング装置の間の前記電圧差の検出に応答した、前記電圧源に対応する電圧からほぼ０までの電圧差を検出することによって前記電圧差が検出される、
    請求項１に記載のシステム。
16. 制御ユニットを更に備え、
    前記制御ユニットは、前記電圧源を備える第２の回路内に含まれ、
    前記第１の回路は、抵抗器を更に含み、
    ここで、前記制御ユニットは、前記第１の複数のスイッチング装置のそれぞれに接続され、ここで、前記第１の複数のスイッチング装置のうちの１つの間の前記電圧差の検出に応答した、前記電圧源に対応する電圧からほぼ０までの電圧差を検出することによって前記電圧差が検出される、
    請求項１に記載のシステム。
17. 直列に配置された第１の複数の回路要素を備える、第１の回路と、
    前記第１の複数の回路要素は、
    制御ユニットと、
    直流（ＤＣ）電圧源と、
    第１の複数のスイッチング装置とを備え、
    前記第１の複数のスイッチング装置のそれぞれは、バッテリモジュールと関連付けられた第１の検出装置に接続され、
    直列に配置された第２の複数の回路要素を備える、第２の回路と
    を備え、
    前記第２の回路は、ノーマルオープン回路構成を有し、
    前記第２の複数の回路要素は、前記制御ユニットと、前記ＤＣ電圧源と、第２の複数のスイッチング装置とを備え、
    前記第２の複数のスイッチング装置のそれぞれは、それぞれの前記第１の複数のスイッチング装置のうちの１つに接続され、
    ここで、前記第２の回路を閉じることは、リセット動作における前記第１の複数のスイッチング装置のアクティベーションを発生させる、
    バッテリ管理システム。
18. 前記第２の回路を閉じることに応答して、前記第１の複数のスイッチング装置のみが、リセットによって閉じられる、
    請求項１７に記載のシステム。
19. 前記閉じることは、前記コントローラの作動、又は手動アクティベーションの、いずれかに応答する、
    請求項１８に記載のシステム。
20. 第１の検出装置において、当該第１の検出装置に電力を供給するように構成されたバッテリモジュールの動作に対応するイベントを検出することと、
    前記検出することに応答して、第１のスイッチング装置を開くことと、
    ここで、前記第１のスイッチング装置は、直列に配置された複数の回路要素のうちの、直列に配置された１つの回路要素を構成し、前記複数の回路要素は、直流（ＤＣ）電圧源を備え、
    制御ユニットにおいて、開かれた第１のスイッチング装置に対応する電圧差を検出することと、
    前記制御ユニットにおける検出することに応答して、前記イベントに対応するアラームを提供することと、
    を含む、
    バッテリ管理方法。

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