JP2015528690A - 予測平衡化を用いるバッテリパック管理のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

バッテリパック（４）のバッテリセル（４−１〜４−３）を管理するためのシステム（２）がスイッチングデバイス（Ｑ１〜Ｑ４）及びエネルギー貯蔵構成要素（Ｌ−１、Ｌ−２）を含むバイパス回路（６）を有する。スイッチングデバイスは、第１の状態においてバッテリセルからエネルギー貯蔵構成要素にバイパス電流を導通させるため及び第２の状態においてエネルギー貯蔵構成要素からバッテリセルにバイパス電流を導通するためにスイッチング制御信号（１４−１〜１４−４）に応答する。スイッチング制御信号は、バッテリセルのアクティブ平衡化のために周期的時間間隔における対応するオン時間に対するスイッチング周波数でスイッチングコントローラ（１２）により提供される。予測平衡化構成要素（１６）が、予期される充電又は放電時間の終了までにバッテリセルの放電深度（ＤＯＤ）値を平衡化するため初期平衡化バイパス電流値の関数として及び放電深度値の現在の関係を保つため継続平衡化バイパス電流値の関数としてオン時間を計算する。

Description

本願は電気回路に関し、より具体的には、予測平衡化を用いるバッテリ管理のためのシステム及び方法に関する。

バッテリパックは、コンシューマー、オートモーティブ、医療、コンピューティング、及び工業用製品に関する最近の技術の不可欠な一面となっている。いわゆるバッテリ燃料計又はガス計器を含むバッテリ管理システムは、バッテリパック内のバッテリセルの充電及び放電を制御するため、セル平衡化動作を実施するため、また、残りのバッテリセル容量の推定を提供するために用いられる。バッテリセルは、しばしば、特定の応用例により要求される必要な電圧を提供するために直列構成で接続される。更に最近では、限られた最終装置のシャーシスペースを最大限に利用する一方で、パック容量の増大を促進するためにバッテリパックを形成する個々のセルが異なる容量である、オートモーティブ及び他の応用例のために、非対称バッテリスタックが提案されてきている。しかしながら、非対称バッテリスタックは、従来の電圧均等化タイプの平衡化技法が最適ではないセル平衡化にとって、時にはかなり大きなバイパス電流レベルが必要とされるという問題点がある。したがって、依然としてバッテリパックを管理するための改良された装置及び技術が必要である。

予測平衡化技法は、対称及び／又は非対称スタックにおけるアクティブ平衡化を容易にするために有利に用いることが可能なマルチセルバッテリパックを管理するために提示される。充電又は放電動作の残りにわたる放電深度（ＤＯＤ）平衡化を容易にするため、並びに、バッテリパック内のＤＯＤセル関係を保つために、初期平衡化値と継続平衡化値との両方に従ったバッテリセルのアクティブ平衡化に関する開示される実施形態において、バイパス電流制御が提供される。

インダクタ及び／又はキャパシタなどの１つ又は複数のエネルギー貯蔵構成要素と、個々のバッテリセルから及び／又はバッテリセルへのバイパス電流の導通を選択的に可能にするためのスイッチングデバイスとを備える、バイパス回路を含み、バッテリパック管理のために或るシステムが提供される。このシステムは更に、アクティブセル平衡化のために複数の時間間隔の各々において対応するオン時間に対してスイッチング周波数でスイッチングデバイスに制御信号を提供するコントローラを含む。予測平衡化構成要素が、充電又は放電動作の終了まで放電のセル深度を平衡化するため、並びに、セルＤＯＤ間の現在の関係を保つために、初期平衡化バイパス電流値並びに継続平衡化バイパス電流値に少なくとも部分的に従って、オン時間を計算する。

ある実施形態において、初期平衡化バイパス電流は、推定される現在のＤＯＤ値に少なくとも部分的に従って決定され、継続平衡化バイパス電流は、バッテリセルの総充電容量値における差及び総パック電流に従って決定される。ある実施形態は、セルに関する理論的最大バイパス電流値を決定する平衡化電流強制（enforcement）構成要素を含む。また、強制構成要素は、セルの各々について対応する初期平衡化バイパス電流と対応する継続平衡化バイパス電流とを合計することによって、要求されるセルバイパス電流値を決定し、この要求されるセルバイパス電流値と対応する理論的最大バイパス電流値との比に従って、現在の時間間隔の小部分として個々のオン時間を決定する。ある実施形態において、予測平衡化構成要素は、前の時間間隔の実際のセルバイパス電流値を決定し、バッテリセルの１つに個別に対応する複数のスケールファクタを決定し、これらのスケールファクタに少なくとも部分的に基づいて理論的最大電流値を決定する。

ある実施形態における予測平衡化構成要素は、オン時間の１つ又は複数が現在の時間間隔の持続時間を超える場合、スイッチング周波数を選択的に下げる。また、予測平衡化構成要素の或る実施形態は、スイッチング制御信号の提供と、連続的な周期的時間間隔内のセル電圧測定との相対的な開始時間を選択的に調節する。

方法及びコンピュータ可読媒体が、バッテリパックを管理するための命令と共に提供される。ある実施形態において、方法は、推定される現在のバッテリセル放電深度（ＤＯＤ）値に少なくとも部分的に従って初期平衡化バイパス電流値を決定すること、及び、総パック電流とバッテリセルの総充電容量値における差とに少なくとも部分的に基づいて継続平衡化バイパス電流値を決定することを含む。この方法はまた、初期平衡化バイパス電流値及び継続平衡化バイパス電流値に少なくとも部分的に従って個々のバッテリセルから及び／又は個々のバッテリセルへのバイパス電流の導通のための複数のオン時間を決定すること、並びに、オン時間に従って現在の時間間隔におけるバイパス電流の導通を制御することを含む。

方法の或る実施形態が、更に、バッテリセルに対応する理論的最大バイパス電流値を決定すること、並びに、初期平衡化バイパス電流値及び継続平衡化バイパス電流値に基づいて要求されるセルバイパス電流値を決定することを含み、オン時間は、対応する要求されるセルバイパス電流値と対応する理論的最大バイパス電流値との比に少なくとも部分的に基づいて決定される。

また、ある実装において、前の時間間隔の実際のセルバイパス電流値が、推定されるバイパス電流値、総パック電流、及びバイパス効率パラメータに少なくとも部分的に従って決定される。これらの実施形態における方法は更に、前の時間間隔からのスケーリングファクタで乗じた、前の時間間隔からの要求されるセルバイパス電流値と対応する実際のセル電流値との比として、現在の時間間隔に関するスケールファクタを決定すること、及び、理論的最大電流値を決定するためにスケーリングファクタを用いることを含む。

ある実施形態における方法は更に、対応する初期平衡化バイパス電流値及び継続平衡化バイパス電流値の合計に基づいて、個々のオン時間を計算すること、並びに、オン時間の１つ又は複数が現在の時間間隔の持続時間を超える場合、スイッチング周波数を選択的に下げることを含む。また、ある実施形態において、方法は、連続的な時間間隔内のセル電圧測定におけるスイッチング制御信号の提供の相対的な開始時間を選択的に調節することを含む。

バイパス回路、及び平衡化コントローラを備えるバッテリパック管理システムを図示する簡略化された概略図であり、平衡化コントローラは、スイッチングコントローラと、初期平衡化バイパス電流値及び継続平衡化バイパス電流値に基づいてスイッチャオン時間を提供する予測平衡化構成要素とを有する。

初期平衡化及び継続平衡化バイパス電流値に従ったアクティブ平衡化電流の制御を介してバッテリパックを管理するための方法を含むフローチャートを図示する。 初期平衡化及び継続平衡化バイパス電流値に従ったアクティブ平衡化電流の制御を介してバッテリパックを管理するための方法を含むフローチャートを図示する。

放電動作の終了までの、図１のバッテリパックにおける複数のバッテリセルに関する放電値の深度を平衡化するためのアクティブバイパス電流の使用を示すグラフである。

図１のシステムにおける選択的周波数調節を備えた、セルバイパス電流波形、スイッチャオン時間、スイッチャ周波数、及びセル電圧測定期間を時間を関数として図示する。

バイパス回路スイッチング制御信号の提供の開始時間が、連続的な周期的時間間隔において調節される、セルバイパス電流波形、スイッチャオン時間、スイッチャ周波数、及びセル電圧測定期間を図示する。

セル電圧測定の開始時間が、連続的な周期的時間間隔において調節される、セルバイパス電流波形、スイッチャオン時間、スイッチャ周波数、及びセル電圧測定期間を図示する。

図１は、マルチセルバッテリパック４の様々な動作態様を管理及び評価するためのバッテリパック管理システム２を図示する。システム２は、バッテリパック４のセル４−１、４−２、及び４−３と直接的又は間接的に接続されるバイパス回路６、及び平衡化コントローラ１０を含む。平衡化コントローラ１０は、スイッチングコントローラ１２と、平衡化構成要素１６と、バッテリモデル１８ａを備える動的電圧相関（ＤＶＣ）構成要素１８とを備える。平衡化構成要素１６は、それぞれ、初期平衡化、継続平衡化、及び平衡化電流強制構成要素１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃを備える。加えて、例示のシステム２は、バッテリパック４に近接して又はバッテリパック周囲環境において物理的に配置される温度センサ８、並びに、１つ又は複数のセル電圧センサ２０、及び、感知レジスタＲ_{ＳＥＮＳＥ}によって測定されるパック電流を表すパック電流信号又は値２４を提供する総パック電流センサ２２を含む。平衡化構成要素１６は、アクティブセル平衡化のためのバイパス電流を選択的に導通させるためスイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４の動作のためにバイパス回路６に提供されるスイッチング制御信号１４−１、１４−２、１４−３、及び１４−４の生成のために、オン時間信号又は値１７−１、１７−２、１７−３、及び１７−４をスイッチングコントローラ１２に提供する。過電流状況に対して保護するために正温度係数（ＰＴＣ）構成要素などのインライン保護構成要素、バッテリパックオーバーヒートを防止するためのインライン熱遮断（ＴＣＯ）デバイスなどを含むがこれらに限定されない他の構成要素（図示せず）がシステム２に提供され得、これらの詳細は、以下で説明される様々な予測平衡化概念を不明瞭にしないために省略される。

システム２は、本明細書で開示されるバッテリセル平衡化及び管理概念を実装するように、並びに、ガス測定、セル容量評価及び報告機能などの１つ又は複数の追加機能を実行するため、及び外部システムとインターフェースするため、１つ又は複数の処理要素並びに関連するメモリ及び回路を含む、単一の集積回路又は印刷回路基板などの様々な形式及び構成で実装され得る。他の可能な実施形態において、システム２は、アナログ及び／又はデジタルハードウェア、処理要素、及び関連付けられる電子メモリ、プロセッサ実行ソフトウェア、プロセッサ実行ファームウェア、プログラマブル論理、及び／又はそれらの組み合わせを個々に含む、複数の構成要素から作成可能である。

図１の例において、互いに直列構成で接続された３つのバッテリセル４−１、４−２、及び４−３を含む３−Ｓバッテリパック４が図示されているが、任意の適切な直列及び／又は直列／並列様式で接続されたマルチセルバッテリパック４を形成するために、２つ又はそれ以上の任意数のセルを用い得る。また、図示した例において、中央のセル４−２は、第１及び第３のセル４−１及び４−３より大きな容量のものであるが、これは本開示の厳密な要件ではない。前述のように、従来の電圧平衡化技法は、マルチセルバッテリパック４を形成する任意数のセルに関する非対称バッテリパックに及び対称パックに関連して本開示の予測平衡化概念が用いられ得る、非対称バッテリパック４には特に不適切である。バッテリパック４は、システム２への接続を可能にする１つ又は複数の端子５を含み得、或いは、オンボードバッテリセルパック４を含む一体型バッテリパック／コントローラシステム２が提供され得る。バイパス回路６は、バッテリパック端子５に接続され、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）タイプのスイッチングデバイスＱ１、Ｑ２、Ｑ３、及びＱ４、並びに、スイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４のうちの対応する１つを横切って個々に結合される対応する整流デバイスＤ１、Ｄ２、Ｄ３、及びＤ４を含み、整流器Ｄ１〜Ｄ４は、ＦＥＴ Ｑ１〜Ｑ４のボディダイオードであり得、又は別個の整流器構成要素とすることができる。ゲートソースレジスタＲｇｓが、ＦＥＴ Ｑ１〜Ｑ４の各々のゲート端子とソース端子との間に接続され、ＦＥＴ Ｑ１及びＱ３はＰチャネル強制モードデバイスであり、Ｑ２及びＱ４はＮチャネル強制モードＦＥＴである。バイパス電流の選択的導通によって本明細書で説明されるアクティブセル平衡化機能を実装するために、相対的に高スイッチング周波数で動作可能な半導体ベーススイッチを含むが、これに限定されない、任意の適切な形式のスイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４が、バイパス回路６において用いられ得る。スイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４のゲート端子は、スイッチングコントローラ１２からスイッチング制御信号１４−１、１４−２、１４−３、１４−４を受信するようにスイッチングキャパシタＣｓを介して容量的に結合される。

バイパス回路６はまた、セル４の２つ又はそれ以上の間で電荷を再分配するためにアクティブ平衡化を容易にするため、誘導エネルギー貯蔵構成要素Ｌ−１、Ｌ−２を含む。また、例示のバイパス回路６は、バッテリセル４の各々を横切って並列に接続される高周波数キャパシタＣｈｆを含み、インダクタＬ−１及びＬ−２は、それぞれ、対応する放電レジスタＲ−１及びＲ−２を横切って並列に接続される。スイッチドキャパシタバイパス回路６（図示せず）などのエネルギー貯蔵構成要素の他の形式を含む、他のアクティブ再平衡化バイパス回路６が用いられ得る。スイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４は、バッテリセル４−１、４−２、４−３の１つからインダクタＬ−１、Ｌ−２の１つへバイパス電流を導通させるために第１の状態（ＯＮ）で、及び、インダクタから別のセル４への整流器Ｄ１〜Ｄ４のうちの１つを介するバイパス電流の導通を可能にするための第２の状態（ＯＦＦ）で、個別に動作可能である。図示された例において、Ｑ１及びＱ３はＰチャネル強制モードＦＥＴであり、対応するスイッチング制御信号１４−１及び１４−３はアクティブローであり、これによってロー信号１４−１又は１４−３が、対応するスイッチングデバイスＱ１、Ｑ３をＯＮ又は導電状態にする。逆に、スイッチングコントローラ１２は、アクティブハイスイッチング制御信号１４−２及び１４−４を、それぞれ、ＮチャネルデバイスＱ２及びＱ４に提供する。

システム２のアクティブセル平衡化動作は、充電動作の間、放電の間（例えば、バッテリパック４が負荷（図示せず）を駆動している間）、及び／又は、パック４が緩和モードにある間、開始可能である。動作において、平衡化コントローラ１０は、平衡化構成要素１６によって提供されるオン時間信号又は値１７によって定義されるオン時間の間、およそ５０％のデューティサイクルオン／オフ信号として、一実施形態においてスイッチング制御信号１４を選択的に提供するためにスイッチングコントローラ１２を用いる。この点で、ある実施形態における、スイッチングコントローラ１２は、関連付けられたオン時間信号又は値１７がアクティブである一方で、スイッチング信号１４が２ ＭＨｚのスイッチング周波数（又は他の調節されたスイッチャ周波数）で提供されている状態で、２ ＭＨｚ発振器を用いる。各高周波数スイッチングサイクルにおいて（オン時間の間）、対応するスイッチングデバイスは、高周波数サイクルのおよそ半分の間（例えば、およそ２５０ ｎｓの間）オンにされ、高周波数サイクルの残りの間（例えば２５０ ｎｓ）オフにされる。スイッチングデバイスがオンである時間の間、電流は、セル４のうちの指定された１つからインダクタＬ−１、Ｌ−２の１つを介して導通する。その後、スイッチングデバイスがオフになると、電流はインダクタＬ−１、Ｌ−２を介してセル４の別の１つへ流れ続ける。このようにして、スイッチングコントローラ１２の制御下のスイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４のスイッチング動作は、セルの１つから別のセル４へ電流を伝達するために選択的アクティブ平衡化を提供する。平衡化構成要素１６によるオン時間信号又は値１７−１、１７−２、１７−３、及び１７−４の提供によって、本明細書で説明される予測平衡化技法を容易にするためにアクティブ平衡化電流フロー（本明細書では「バイパス電流」と呼ぶ）の個別化制御が可能となり、この技法は、オン時間１７を生成するために平衡化電流強制構成要素１６ｃを備え、構成要素１６ａ及び１６ｂを介して、算出された初期平衡化バイパス電流値並びに継続平衡化バイパス電流値を用いる。

コントローラ１０及びバイパス回路６のアクティブ平衡化動作の電荷再分配態様を例示するために、以下の説明では、セルのうちの別のセル（例えば第３のセル４−３）を充電するために中央セル４−２から電荷を除去することが望ましいケースで、１つのこうした５００ ｎｓ高周波数スイッチングサイクルの間のシステム２の動作を図示する。サイクルの第１の部分において、Ｑ２がスイッチング信号１４−２（アクティブハイ）を介してオンにされ、放電電流（バイパス電流）をセル４−２の頂部からＬ−１及びＱ２を介してセル４−２の底部（セル４−１の頂部）へ流す。このバイパス電流フローの大きさは、Ｌ−１のインダクタンス及びＱ２のドレインソースオン抵抗によって決定され、バイパス電流は初期的に、Ｑ２がオフになるまで（例えば、２ ＭＨｚスイッチング周波数の例ではおよそ２５０ ｎｓ）ゼロから上昇する。この点で、Ｑ２がより長くオンにされるほど、最大バイパス電流はより高くなる。

Ｑ２がオフになる（信号１４−２が低に向かう）と、バイパス電流はＬ−１から、上側ＦＥＴ Ｑ１の両端に接続されたダイオードＤ１を介して流れる。ダイオードＤ１を介して流れるバイパス電流は、前に（インダクタＬ−１から）流れた電流と同じレベルであるが、ここでは、セル４−３の底部からインダクタＬ−１を介して上部のセル４−３へ流れるため、セル４−３を充電する。また、電流は、ピーク値から始まり、Ｌ−１のインダクタンスに基づいてゼロまで減少し、ここで、並列接続されたレジスタＲ−１が、インダクタＬ−１の完全な放電を保証するために提供され、典型的にいかなる大きな電力も消散させない。このように、電荷がセル４−２からセル４−３へ伝達される。同様の伝達動作が、他のスイッチングデバイスＱ１、Ｑ３、及びＱ４の選択的スイッチングによって提供され、それにより、スイッチングコントローラ１２によるスイッチング信号１４の選択的提供によって、バイパス回路６におけるバイパス電流フローを介する電荷の選択的伝達が可能になる。例えば、セル４−３からセル４−２に電荷を伝達するために信号１４−１を介してＱ１、Ｌ−１、及びＤ２が用いられ得、セル４−２からセル４−１に電荷を伝達するために信号１４−３を用いてＱ３、Ｌ−２、及びＤ４が動作され得、バッテリセル４−１からバッテリセル４−２に電荷を伝達するために信号１４−４を介してＱ４、Ｌ−２、及びＤ３が用いられ得る。

前述のように、少なくとも１つのエネルギー貯蔵デバイス（例えば誘導性、容量性、及び／又はそれらの組み合わせなど）を含む、バッテリセル４−１、４−２、４−３のアクティブ平衡化のために、スイッチドキャパシタタイプの回路又は他の形式のバイパス回路６をシステム２において用いることが可能であり、スイッチングデバイスの選択的アクティブ化は、１つの状態で、バッテリセルの少なくとも１つからエネルギー貯蔵構成要素の少なくとも１つへバイパス電流導通を提供し、別の状態で、１つ又は複数のエネルギー貯蔵構成要素から他のバッテリセルの１つ又は複数へバイパス電流を流すことを可能にする。例えば、セル４の１つからバイパス電流を介して充電されるべきキャパシタ（図示せず）を選択的に結合すること、及び、充電されたキャパシタをバッテリセル４の異なる１つ（又は複数）を横切って再接続することによって、スイッチドパッセンジャタイプのバイパス回路６をこの動作のために用いることが可能であり、この場合、整流器デバイスＤ１〜Ｄ４は不要となり、スイッチングコントローラ１２は、こうした電荷再分配（アクティブ平衡化）動作のために任意数のスイッチングデバイス（図示せず）及び対応するスイッチング制御信号１４を用いることができる。

平衡化コントローラ１０及び／又はその構成要素は、任意の適切なハードウェア、プロセッサ実行ソフトウェア又はファームウェア、或いはそれらの組み合わせを用いて実装可能であり、コントローラ１０の例示の実施形態が、マイクロプロセッサ、プロセッサコア、マイクロコントローラ、ＤＳＰ、プログラム可能論理などの１つ又は複数の処理要素、並びに、電子メモリ及び信号調整ドライバ回路を含み、処理要素は、本明細書で開示されるセル平衡化機能の１つ又は複数を実施するようにプログラミングされるか又は他の方式で構成される。例えば、平衡化コントローラ１０は、セル平衡化及び本明細書で示される他の機能性を実施するようにデータを記憶し命令をプログラミングする、少なくとも１つの電子メモリを含み得るか又はその少なくとも１つの電子メモリと動作可能に結合され得、こうしたプロセッサ実行可能命令は、平衡化コントローラ１０との通信のために一体的に及び／又は動作可能に結合される、コンピュータメモリ、制御システム（例えばコントローラ１００）内のメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク、フラッシュドライブ、データベース、サーバ、コンピュータなどの、持続性コンピュータ可読媒体に記憶され得る。例えば、ある実施形態において、平衡化コントローラ１０は、選択されたタイプのスイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４を動作するために適切なスイッチング制御信号１４−１〜１４−４を生成するために、適切なアクティブハイ又はアクティブローのスイッチング信号生成機能性を提供する、１つ又は複数のスイッチドライバ構成要素を含むスイッチングコントローラ１２を提供する集積回路であり得、プロセッサコアには、センサ８、２０、２２と及びスイッチングコントローラ１２とインターフェースするために適切なメモリ及びＩ／Ｏ機能性が提供される。

こうした実施形態において、例えば、平衡化構成要素１６、並びに、初期平衡化、継続平衡化、及び平衡化電流強制構成要素１６ａ〜１６ｃは、平衡化コントローラ１０内の又は平衡化コントローラ１０に関連付けられたメモリに記憶されたプロセッサ実行プログラミング命令を用いて実装され得る。また、ある実施形態は、実際のバイパス電流フロー値の推定値、並びにセンサ２０からの電圧測定に基づく放電推定値のセル深度を提供するために、動的電圧相関（ＤＶＣ）構成要素１８を提供し得、ＤＶＣ構成要素１８は、メモリに記憶されるプロセッサ実行命令として実装され、ＤＶＣ構成要素１８によって用いられるバッテリパック４のモデル１８ａが同様に、平衡化コントローラ１０内の又は平衡化コントローラ１０に動作可能に関連付けられたメモリに記憶され得る。動的電圧相関構成要素１８の適切な一例は、米国特許出願公開番号２０１２／０１４３５８５ Ａ１に記載されている。平衡化構成要素１６は、セル電圧測定から導出されるか又はその他の方式で、任意の適切な手段によって（推定又は測定された）実際のバイパス電流及び／又はセルＤＯＤ値を取得可能である。動的電圧相関構成要素１８は、セル電流を直接測定するための特別な感知回路を必要とすることなく、温度センサ８からの信号又は値を用いて、測定されたセル電圧及びセル温度に基づいて実際の電流値推定並びにＤＯＤ推定を有利に提供し、システム２におけるガス測定機能の提供も容易にし得る。
米国特許出願公開番号 ２０１２／０１４３５８５ Ａ１

図１に示されるように、予測平衡化構成要素１６は、オン時間信号又は値１７−１、１７−２、１７−３、１７−４をスイッチングコントローラ１２に提供し、これらのオン時間１７は、その間にスイッチング信号１４がバイパス回路６のスイッチに提供されることになる時間量（又は時間間隔１６４の割合）を示すか又は表す、電気信号及び／或いはデジタル値又はデジタル値を含むメッセージなどであり得る。所与のチャネルに対して指定されたオン時間の間、スイッチングコントローラ１２は、およそ５０％のデューティサイクルで、スイッチング周波数（例えば、一例では２ ＭＨｚ、平衡化コントローラ１０によって選択的により低く調節される）で、対応するスイッチング制御信号１４を提供し、オン時間が所与の時間間隔（例えば、以下の図４〜図６に示される時間間隔１６４）において完了するとき、周期的スイッチング信号は停止する。また、平衡化構成要素１６は、特定のチャネルがゼロのオン時間を有し得るように所与の時間間隔１６４においてオン時間信号又は値１７を提供し得、それにより、対応するスイッチングデバイスはその時間間隔１６４内には起動されない。

各々のこうした時間間隔１６４（例えば１秒）に、平衡化構成要素１６は、充電又は放電動作の予期される終了時間までにセル４−１、４−２、及び４−３の放電深度（ＤＯＤ）値を平衡化するために、初期平衡化バイパス電流値Ｉ_{ＩＮＩＴ−１}、Ｉ_{ＩＮＩＴ−２}、及びＩ_{ＩＮＩＴ−３}の関数として、また、バッテリセルＤＯＤ値の現在の関係を保つために、継続平衡化バイパス電流値Ｉ_{ＣＯＮＴ−１}、Ｉ_{ＣＯＮＴ−２}、及びＩ_{ＣＯＮＴ−３}の関数として、初期平衡化バイパス電流値に少なくとも部分的に従って計算される、更新されたオン時間信号又は値１７を提供する。本明細書で用いられるように、充電の深度は、例示のケースにおいて、初期容量からの放電量を表し、０から１までの数又はパーセンテージとして表される、所与のバッテリセル４−１、４−２、又は４−３に関連付けられた値であり、１．０（又は１００％）は対応するバッテリセル４が完全に放電されたことを意味し、０．０（又は０％）は完全に充電されたセルを表す。また、ＤＯＤ値は、式ＤＯＤ＝１−ＳＯＣにより、現在のバッテリセルの「充電状態」（ＳＯＣ）に関係する。

ある実施形態において、初期平衡化構成要素１６ａは、バッテリモデル１８ａとセンサ２０からの測定されたセル電圧に基づくＤＶＣ構成要素１８によって提供される、推定される現在の放電深度値に、全体として又は部分的に基づいて、それぞれ、バッテリセル４−１、４−２、及び４−３に個別に対応する、初期平衡化バイパス電流値Ｉ_{ＩＮＩＴ−１}、Ｉ_{ＩＮＩＴ−２}、及びＩ_{ＩＮＩＴ−３}を計算する。決定された初期平衡化バイパス電流値Ｉ_{ＩＮＩＴ−１}、Ｉ_{ＩＮＩＴ−２}、及びＩ_{ＩＮＩＴ−３}は、各々、その動作の終了までにすべてのセル４−１、４−２、及び４−３のＤＯＤ値を平衡化するために、現在時間から充電／放電動作の予期される終了までに必要とされるバイパス電流の量を表す。初期平衡化構成要素１６ａは、任意の適切なアルゴリズム、式、推定プロセス、数値技法、パラメトリック方程式などを用いて、これらの初期平衡化バイパス電流値Ｉ_{ＩＮＩＴ−１}、Ｉ_{ＩＮＩＴ−２}、及びＩ_{ＩＮＩＴ−３}を計算することが可能であり、それによって、最終的なＤＯＤ平衡化のために現在時間から充電／放電動作の予期される終了までの軌道上にバッテリパック４のセルを置くこうした初期平衡化バイパス電流の量を表すために値が提供又は推定される。

図３は、それぞれ、セル４−１、４−２、及び４−３に対応する放電深度値１５１、１５２、及び１５３を平衡化するための、図１の３−Ｓパック４に関するＤＯＤ平衡化を示すグラフ１５０を図示する。この例において、例示の放電動作の開始から時間が進行するにつれて、ＤＯＤ値１５１〜１５３は、放電の終了までにすべてのセル４−１、４−２、及び４−３が完全に放電される（１００％ＤＯＤ）ように、収束する。この点で、初期平衡化構成要素１６ａは、理想的にはこの収束が現在時間と予測放電動作の終了との間の全時間長にわたるように、初期平衡化バイパス電流値Ｉ_{ＩＮＩＴ−１}、Ｉ_{ＩＮＩＴ−２}、及びＩ_{ＩＮＩＴ−３}を計算する。充電動作の間も同様であり、初期平衡化電流値の決定は、放電又は充電にかかわらず、動作の予期される終了時間に対して各時間間隔１６４において反復される。

継続平衡化バイパス電流値Ｉ_{ＣＯＮＴ−１}、Ｉ_{ＣＯＮＴ−２}、及びＩ_{ＣＯＮＴ−３}は、バッテリセル４−１、４−２、及び４−３に個別に対応し、セルＤＯＤ値の現在の関係を保つために現在の時間間隔１６４において必要とされるバイパス電流の量を表す。継続平衡化構成要素１６ｂは、バッテリセル４−１、４−２、及び４−３の総充電容量値（ＱＭＡＸ）における差に少なくとも部分的に基づき、また、バッテリパック４における現在の総電流フローを表すセンサ２２からの総パック電流値２４に従って、値Ｉ_{ＣＯＮＴ−１}、Ｉ_{ＣＯＮＴ−２}、及びＩ_{ＣＯＮＴ−３}を決定する。そのため、継続平衡化値Ｉ_{ＣＯＮＴ−１}、Ｉ_{ＣＯＮＴ−２}、及びＩ_{ＣＯＮＴ−３}は、パック４内の現在のＤＯＤ関係を維持するために、所望とされる平衡化電流（バイパス電流）の成分量を提供する。

ある実施形態における予測平衡化構成要素１６は、決定された初期平衡化バイパス電流値Ｉ_{ＩＮＩＴ−１}、Ｉ_{ＩＮＩＴ−２}、及びＩ_{ＩＮＩＴ−３}に、並びに継続平衡化バイパス電流値Ｉ_{ＣＯＮＴ−１}、Ｉ_{ＣＯＮＴ−２}、及びＩ_{ＣＯＮＴ−３}に少なくとも部分的に基づいて、時間間隔１６４の各々に対するセル４−１、４−２、及び４−３の各々について、所望とされる又は要求されるセルバイパス電流値Ｉ_{ＲＥＱ−１}、Ｉ_{ＲＥＱ−２}、及びＩ_{ＲＥＱ−３}を計算する。あり得る一実装において、要求される電流値計算は平衡化電流強制構成要素１６ｃによって実行され、平衡化電流強制構成要素１６ｃは、対応する初期平衡化バイパス電流値Ｉ_{ＩＮＩＴ−１}、Ｉ_{ＩＮＩＴ−２}、及びＩ_{ＩＮＩＴ−３}と、対応する継続平衡化バイパス電流値Ｉ_{ＣＯＮＴ−１}、Ｉ_{ＣＯＮＴ−２}、及びＩ_{ＣＯＮＴ−３}との合計に少なくとも部分的に従ってオン時間１７を計算する。このようにして、予測平衡化構成要素１６は、関連付けられたバッテリセル４のＤＯＤ値が、指定された充電及び／又は放電動作全体にわたり平衡に向かって収束するような予測初期平衡化（図３）と、全体的パック電流フロー、負荷変化、及び他の効果のうちの任意の効果を抑制するため現在のＤＯＤセル関係を保つか又はレギュレートするための継続平衡化との両方を提供するために、オン時間１７−１、１７−２、１７−３、及び／又は１７−４を提供する。この予測アクティブセル平衡化手法は、如何なる特定の理論とも結び付けようとせずに、非対称バッテリパック４との関連において特に有利であると考えられ、放電深度平衡化を用いることが、従来の電圧均等化セル平衡化技法に対する、性能及び安定性の向上を容易にするものと考えられる。

ある実装における平衡化電流強制構成要素１６ｃは、対応するセル４−１、４−２、及び４−３に個別に対応する理論的最大バイパス電流値Ｉ_{ＭＡＸ−１}、Ｉ_{ＭＡＸ−２}、及びＩ_{ＭＡＸ−３}を決定する。最大バイパス電流値Ｉ_{ＭＡＸ−１}、Ｉ_{ＭＡＸ−２}、及びＩ_{ＭＡＸ−３}は、ある実施形態において、インダクタＬ−１及びＬ−２の成分値に、並びに、スイッチングコントローラ１２が全時間間隔１６４についてスイッチング周波数１８２でスイッチング制御信号１４を提供すると想定した場合、スイッチングコントローラ１２のスイッチング周波数１８２（例えば、２ ＭＨｚ又はある実装ではより低く調節された値）に、少なくとも部分的に基づいて計算される。したがって、所与のスイッチング周波数設定について、最大バイパス電流値は、所与の時間間隔１６４において導通され得るバイパス電流量の理論的上限である。また、強制構成要素１６ｃは、対応する初期平衡化バイパス電流値及び継続平衡化バイパス電流値の合計に基づいて、所望とされる又は要求されるセルバイパス電流値Ｉ_{ＲＥＱ−１}、Ｉ_{ＲＥＱ−２}、及びＩ_{ＲＥＱ−３}を決定する（例えば、Ｉ_{ＲＥＱ−１}＝Ｉ_{ＩＮＩＴ−１}＋Ｉ_{ＣＯＮＴ−１}、Ｉ_{ＲＥＱ−２}＝Ｉ_{ＩＮＩＴ−２}＋Ｉ_{ＣＯＮＴ−２}、Ｉ_{ＲＥＱ−３}＝Ｉ_{ＩＮＩＴ−３}＋Ｉ_{ＣＯＮＴ−３}、及びＩ_{ＲＥＱ−４}＝Ｉ_{ＩＮＩＴ−４}＋Ｉ_{ＣＯＮＴ−４}）。平衡化電流強制構成要素１６ｃは、所与の時間間隔１６４において所与のセル４に提供されるか又は所与のセル４から除去されるバイパス電流の量に対するバイパス回路構成の効果を考慮して、対応する要求されるセルバイパス電流値Ｉ_ＲＥＱと対応する理論的最大バイパス電流値Ｉ_ＭＡＸとの比に少なくとも部分的に基づいて、現在の時間間隔１６４の小部分として（例えばパーセンテージ又は時間値として）、チャネルオン時間１７を決定する。

ある実施形態における平衡化電流強制構成要素１６ｃは、また、ＤＶＣ構成要素１８から取得した推定される実際のセルバイパス電流値、総パック電流値２４、及びバイパス効率パラメータに全体的又は部分的に基づいて、前の時間間隔１６４の実際のセルバイパス電流値を計算するか又は他の方式で決定し、バイパス効率パラメータは、ある実施形態において経時的に適合され得る。強制構成要素１６ｃは、また、バッテリセル４−１、４−２、及び４−３に対応するスケーリングファクタＳ−１、Ｓ−２、Ｓ−３を決定する。現在の時間間隔１６４に対する個々のスケーリングファクタＳ−１、Ｓ−２、Ｓ−３は、ある実施形態において、前の時間間隔１６４からの対応する要求されるセルバイパス電流値（例えばＩ_{ＲＥＱ−１}、Ｉ_{ＲＥＱ−２}、Ｉ_{ＲＥＱ−３}）と、前の時間間隔１６４からの対応するスケーリングファクタＳ−１、Ｓ−２、Ｓ−３で乗じた、前の時間間隔１６４の対応する実際のセルバイパス電流値との比として計算され、スケーリングファクタＳ−１、Ｓ−２、Ｓ−３に少なくとも部分的に基づいて理論的最大電流値Ｉ_{ＭＡＸ−１}、Ｉ_{ＭＡＸ−２}、及びＩ_{ＭＡＸ−３}を決定する。このようにして、平衡化構成要素１６は、連続的な時間間隔１６４に対する最大電流の計算を調節するために、実際のバイパス電流フローによって提供されるフィードバック情報を用いる。実際には、スケーリングファクタＳは理論上は単一であり、この値からの偏差が、各セル４についての理論的電流と実際の電流との差を示す。一連の時間間隔においてスケーリングファクタを用いることで、要求される電流及び実際の電流が収束する時間にわたって、誤差がゼロまで徐々に減じられる。

図４に関連して以下で述べるように、オン時間の１つ又は複数が現在の時間間隔の持続時間を超える場合、或いは、要求されるセルバイパス電流値Ｉ_{ＲＥＱ−１}、Ｉ_{ＲＥＱ−２}、及び／又はＩ_{ＲＥＱ−３}の少なくとも１つが、対応する理論的最大値Ｉ_{ＭＡＸ−１}、Ｉ_{ＭＡＸ−２}、又はＩ_{ＭＡＸ−３}を超える場合、平衡化電流強制構成要素１６ｃは、スイッチングコントローラ１２のスイッチング周波数１８２を選択的に下げる。この機能性は、有利なことに、相対的に高いスイッチング周波数（例えば一例において２ ＭＨｚ）での初期動作を可能にし、より高いバイパス電流レベルが必要な場合、スイッチングコントローラ１２のスイッチング周波数は、強制構成要素１６ｃによって例えば半分まで低減される。これは、選択されるスイッチングデバイスＱ１、Ｑ２、Ｑ３、又はＱ４がより長い期間オンになり、そのため、バイパス回路６を介して流れる電流が増加することを意味する。したがって、最大電流の計算は周波数の低減と共に増加し、結果として、オン時間１７を相応に下げる計算となる。このようにして、所与の時間間隔１６４のオン時間の間のアクティブ平衡化のために、適切な平均電流量が提供され得、強制構成要素１６ｃの或る実施形態は、より高い最大電流に関連付けられた電圧スパイクを緩和することが可能な、より高い周波数を用いることになり、そのため、より高いバイパス電流要件に対処するように必要に応じて、スイッチングコントローラ１２の周波数を選択的に低減させる。また、この能力は、バイパス電流レベルが、時には対称バッテリパックを平衡化するために必要とされるレベルより大幅に高くなり得る、非対称バッテリパック４の平衡化に関連して特に有利である。

ある実施形態において、平衡化電流強制構成要素１６ｃは、また、バイパス電流スイッチングの開始に対して、セル電圧測定の相対的タイミングを選択的に調節し得る。特に図５及び図６は、連続的な周期的時間間隔１６４内のセル電圧測定時間１９２の間のセル電圧測定に対する、オン時間１７４の間のスイッチング制御信号１４−１、１４−２、１４−３、１４−４の初期提供のシフトを図示する。この相対的なシフトは、バイパス電流スイッチング効果と電圧測定との相関を有利に低減又は緩和し得、それにより、任意の、結果として導出されるか又は推定されるセル電流値における誤差を軽減し得る。

図２Ａ及び図２Ｂは、初期平衡化バイパス電流値及び継続平衡化バイパス電流値に従い、アクティブ平衡化電流の制御を介してバッテリパックを管理するための方法１００を図示する。例示の方法１００は、一連の動作又はイベントの形式で示され及び説明されるが、本開示の様々な方法は、本明細書で具体的に示される場合を除き、こうした動作又はイベントの例示される順に限定されないことを理解されよう。この点で、以下で具体的に提供される場合を除き、いくつかの動作又はイベントが、本明細書で例示及び説明される順とは異なる順で、かつ／又は、それらとは別の他の動作又はイベントと同時に成され得、例示されるすべてのステップが本開示に従ったプロセス又は方法を実装するために必要とされ得るわけではない。例示の方法は、本明細書で開示される予測セル平衡化概念を提供するために、ハードウェア、プロセッサ実行ソフトウェア、又はそれらの組み合わせで実装され得る。ある実施形態において、プロセス又は方法１００は、前述の予測平衡化構成要素１６を用いる充電及び／又は放電動作の間のアクティブセル平衡化のためにバッテリ管理システム２において実装され得る。

図２Ａの１０２で新規の時間間隔Ｔ_１（例えば、以下の図４〜図６における時間間隔１６４）が開始し、１０４〜１１０での初期平衡化処理を含む。測定されたセル電圧に従って１０４で個々のセルＤＯＤ値が推定される。１０４でのセルＤＯＤ推定は、１つ又は複数の測定された値に従って、任意の適切な充電状態（ＳＯＣ）又は放電深度計算／推定技法を用いて成され得る。例えば、図１の平衡化コントローラ１０は、動的電圧相関構成要素１８を用いて、推定されたＤＯＤ値を、セル電圧測定及び温度測定に基づきバッテリセル４−１、４−２、及び４−３に対して提供することができる。図２Ａの１０６で、一時セルバイパス電流値がセルＤＯＤ値の差に基づいてセル４に対して決定される。１０８で、セルＤＯＤ値を均衡化するために必要とされる電荷通過量が決定され、１１０で、総パック電流に基づき、必要とされる電荷通過量を残りの充電／放電時間にわたって分配するために、初期平衡化電流値（例えば、上記の３−Ｓバッテリパックの例における値Ｉ_{ＩＮＩＴ−１}、Ｉ_{ＩＮＩＴ−２}、Ｉ_{ＩＮＩＴ−３}）が計算される。例えば、平衡化コントローラ１０は、図１のパック電流センサ２２から総パック電流信号又は値２４を受信し、１１０でこれを用いて、初期平衡化電流値Ｉ_{ＩＮＩＴ−１}、Ｉ_{ＩＮＩＴ−２}、及びＩ_{ＩＮＩＴ−３}を計算する。

図２Ａの１１２で、総セル充電差（例えば、セル４のＱＭＡＸ値における差）に少なくとも部分的に基づき、また、総パック電流に従って、バッテリセルの各々について継続セル平衡化電流値（例えばＩ_{ＣＯＮＴ−１}、Ｉ_{ＣＯＮＴ−２}、及びＩ_{ＣＯＮＴ−３}）が決定される。１１４で、バッテリセルの各々について、例えば、対応する初期及び継続平衡化電流値の合計として、要求されるか又は望ましいセルバイパス電流が決定され（例えば、Ｉ_{ＲＥＱ−ｉ}＝Ｉ_{ＩＮＩＴ−ｉ}＋Ｉ_{ＣＯＮＴ−ｉ}）、１１６で、オプションのフィードバック又はスケーリングファクタＳ（例えば、上記のＳ−１、Ｓ−２、及びＳ−３）が計算される。例えば、スケーリングファクタＳは、ある実施形態において、前の時間間隔１６４からのスケーリングファクタＳで乗じた、前の時間間隔１６４からの要求されるセルバイパス電流値及び実際のセルバイパス電流値の比として計算され得る。図２Ａに見られるように、これは、図１のＤＶＣ構成要素１８を用いるなど、測定から及び／又は推定を介してセルバイパス電流値Ｉ１、Ｉ２、及びＩ３を取得することを含み得る。１２０で、前の時間間隔１６４の実際のセルバイパス電流ＤＶＣ＿Ｉｂ１、ＤＶＣ＿Ｉｂ２、ＤＶＣ＿Ｉｂ３が、推定される実際のセルバイパス電流値Ｉ１、Ｉ２、及びＩ３、総パック電流値２４、並びにバイパス効率パラメータに少なくとも部分的に基づいて決定される。１２２で、例えば、前の時間間隔１６４からの対応する要求されるセルバイパス電流値Ｉ_{ＲＥＱ−ｉ}と、前の時間間隔１６４の対応する実際のセルバイパス電流値ＤＶＣ＿Ｉｂｉとの比として、要求及び計算されたバイパス電流を、ある実施形態において前の時間間隔１６４のスケーリングファクタＳで乗じた結果の比と比較することによって、現在の時間間隔１６４について、スケーリングファクタ（Ｓ−１、Ｓ−２、Ｓ−３）が計算される。理論的最大バイパス電流値（例えば、上記Ｉ_{ＭＡＸ−１}、Ｉ_{ＭＡＸ−２}、又はＩ_{ＭＡＸ−３}）は１２４で計算される。

図２Ｂにおいて続いて、要求されるセルバイパス電流の強制のために、現在の時間間隔１６４に対して、１３０で、スイッチングコントローラチャネルの各々についてスイッチャオン時間値１７（Ｔ_ＯＮ）が計算される。一例において、前述のように、オン時間は、要求されるセルバイパス電流値Ｉ_{ＲＥＱ−ｉ}、計算された最大バイパス電流値Ｉ_{ＭＡＸ−ｉ}、及び現在の時間間隔１６４に関連付けられたスケーリングファクタＳ−ｉに少なくとも部分的に従って１３０で計算され得る。例示の実施形態において、１３２で、計算されたオン時間が現在の時間間隔１６４より大きかどうか（例えば、Ｔ_ＯＮ＞Ｔ_Ｉであるかどうか）について（例えば、図１の平衡化電流強制構成要素１６ｃによって）判定が成される。大きい（１３２で肯定である）場合、１３４でスイッチャ周波数が低減され、オン時間はそれに応じて１３０で再計算される。オン時間がすべて時間間隔１６４の持続時間より短いか又は等しい（１３２で否定である）場合、プロセス１００は１３６に進み、計算されたオン時間が適用され（例えば、図１におけるオン時間１７−１、１７−２、１７−３、及び１７−４がスイッチングコントローラ１２に提供され）、１３６で、オン時間の相対的な開始が、セル電圧測定に対してオプションでシフトされ得る（例えば、以下の図５及び図６）。図２Ｂの１３８で、充電／放電動作が完了したかどうかについて判定が成される。完了していない（１３０で否定である）場合、プロセス１００は図２Ａの１０２に戻り、前述のように新規の時間間隔を始める。充電／放電動作が完了した（図２Ｂの１３０で肯定である）場合、１４０で、バッテリセル４に対する最終放電深度値に基づいて最大充電（ＱＭＡＸ）推定が更新され、これは、ガス測定又は他の報告機能に用いられ得る。

次に図４〜図６を参照すると、グラフ１６０、１７０、１８０、及び１９０が、それぞれ、バイパス電流、スイッチャオン／オフ状態、スイッチャ周波数１８２、及びセル電圧測定タイミングを、図１のシステム２における時間の関数として示す。図４のグラフ１６０は、バッテリパック４における２つのセル間の電荷の伝達を平衡化するためのバイパス電流１６２を示し、ここでは、スイッチングは周期的時間間隔１６４に対して必ずしも一定の縮尺で描かれてはいない。この点で、ある実施形態は、１秒の時間間隔１６４で、５００ ｋＨｚから２ ＭＨｚなど、かなり高いスイッチング周波数に関与する。図４のグラフ１８０は、約２ ＭＨｚのスイッチャ周波数１８２を用いるシステム２の初期動作、及び、その後のスイッチング周波数１８２の１ ＭＨｚまでの低減を図示する。スイッチャの各サイクル（例えば、２ ＭＨｚの周波数１８２で約５００ ｎｓ）は、バイパス電流１６２のランプアップ及びランプダウンに関与し、バイパス電流の時間的ランプアップ及びランプダウンは、例示の目的で図において誇張されていることを理解されよう。グラフ１７０は、平衡化コントローラ１６からの対応するオン時間によって決定されるスイッチャオン／オフ条件１７２を示す。この例では、スイッチャチャネルの対応するオン時間（例えば、図１のチャネルオン時間１７の１つ）は、初期的に個々の時間間隔１６４の持続時間の約５０％の長さ１７４を有し、第３の間隔で（ｔ＝３で）幾分増加する。その後時間「Ｎ」で、平衡化電流強制構成要素１６ｃは、スイッチング周波数１８２を半分（例えば２１ ＭＨｚ）まで低減させ、一方、時間間隔１６４の長さは同じままである。また、オン時間長さ１７４の計算は、平衡化構成要素１６における周波数依存計算のため、２分の１に減じられる。結果として、対応するスイッチングデバイスＱは、各高周波数サイクルにおいて長さは２倍のままである。これにより、バイパス電流１６２を２ ＭＨｚ動作の間達する最大値のほぼ２倍まで増加させることが可能となり、より短い総時間でランピングが成され、それにより、各間隔１６４の間の平均電流は、依然としてそのチャネルに関連付けられるか又はそのチャネルにより影響される、初期平衡化電流値及び継続平衡化電流値に従って決定される。

図４はまた、平衡化コントローラ１０によるセル電圧測定１９２のタイミングを示すグラフ１９０を図示する。図４に示されるように、セル電圧測定は信号１９２のオン時間の間に成され、セル電圧測定は、平衡化コントローラ１０のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ、図示せず）の動作に対応し、アナログデジタル変換器は、セル電圧センサ２０によって提供されるアナログ信号に基づいて、感知されたセル電圧に関連付けられた変換済みデジタル値を提供するために用いられ得る。ある実施形態において、セル電圧センサ信号は、マルチプレクサを介して単一のＡＤＣに提供され、セル電圧測定は、図４の時間期間１９２の間、順次成される。図４の実装で見られるように、時間間隔１６４の開始時にセル電圧測定が成される時間１９２、及びスイッチャオン時間１７２も、各間隔１６４の開始時に始まる。期間１７２及び１９２におけるこの重複は、セル電圧測定に基づくセル電流推定を歪曲する可能性があり、スイッチャオン時間１７２の間のバイパス電流導通の影響は、期間１９２の間の電圧測定にノイズを発生させる可能性がある。

図５及び図６も参照すると、予測平衡化構成要素１６は、ある実施形態において、こうしたノイズ又は干渉を緩和するために、スイッチャオン時間１７２及び電圧測定時間１９２の相対的な開始時間を選択的に調節するように動作可能である。図５は１つのあり得るソリューションを示し、このソリューションでは、平衡化構成要素１６が、概して各時間間隔１６４の開始時に（或いは、間隔１６４の終了時、又は何らかの他の静的位置で）期間１９２の間のセル電圧測定を維持する一方で、連続的な周期的時間間隔１６４において（オン時間１７２の間）バイパス回路スイッチング制御信号の提供の開始時間を調節する。このケースでは、スイッチャオン時間１７２は、時間間隔１６４の開始時に時間Ｔ＝０で始まり、スイッチャ開始時間は各連続的な時間間隔１６４について遅延量Δ増分される。この場合、例えば、Ｔ＝５で始まる５番目の時間間隔では、対応するスイッチャオン時間１７２は、その間隔１６４の開始後５Δに始まる。このように、スイッチャオン時間間隔１７４とセル電圧測定間隔１９２との間に一定の関係は存在しない。図６は代替手法を示し、この手法では、各時間間隔１６４の開始時に（又は間隔１６４の何らかの他の一定の時間位置で）始まるスイッチャオン時間１７２を維持する一方で、セル電圧測定１９２の開始時間が、連続的な周期的時間間隔において調節される。このケースでは、セル電圧測定は、Ｔ＝０で間隔１６４の開始時に成され、その後、セル電圧測定期間１９２の開始は、各連続的な時間間隔１６４において遅延量Δシフトされる。

当業者であれば、特許請求の範囲内で、説明した例示の実施形態に改変が成され得ること、及び多くの他の実施形態が可能であることを理解されよう。

Claims (20)

1. バッテリパックを管理するためのシステムであって、前記バッテリパックが、対応する複数の放電深度値を有する複数のバッテリセルを含み、前記システムが、
   前記バッテリセルと動作可能に結合されるバイパス回路であって、前記バイパス回路が、複数のスイッチングデバイス及び複数のエネルギー貯蔵構成要素を含み、前記スイッチングデバイスが、前記バッテリセルの少なくとも１つから前記エネルギー貯蔵構成要素の少なくとも１つにバイパス電流を導通させるように第１の状態において、並びに、前記エネルギー貯蔵構成要素の少なくとも１つから前記バッテリセルの少なくとも別の１つにバイパス電流を導通させるように第２の状態において、対応するスイッチング制御信号に従って個別に動作可能である、前記バイパス回路と、
   前記バッテリセルのアクティブ平衡化のため複数の周期的時間間隔の各々において、対応する複数のオン時間に対するスイッチング周波数で、前記バイパス回路のスイッチングデバイスに複数のスイッチング制御信号を提供するように動作可能な、スイッチングコントローラと、
   予期される充電時間の終了又は放電時間の終了まで前記複数の放電深度値を平衡化するために複数の初期平衡化バイパス電流値の関数として、及び、前記複数の放電深度値の現在の関係を保つために複数の継続平衡化バイパス電流値の関数として、前記複数のオン時間を計算するように動作可能な、予測平衡化構成要素と、
   を含む、システム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、前記平衡化構成要素が、
   前記複数のバッテリセルの１つに個別に対応する前記複数の初期平衡化バイパス電流値であって、前記バッテリセルに関して推定される現在の放電深度値に少なくとも部分的に基づいて、前記予期される充電時間の終了又は放電時間の終了までに前記複数の放電深度値を平衡化するために現在時間から前記予期される充電時間の終了又は放電時間の終了までに必要とされるバイパス電流量を個別に表す、前記複数の初期平衡化バイパス電流値を決定するように動作可能な、初期平衡化構成要素と、
   前記複数のバッテリセルの１つに個別に対応し、及び、前記複数の放電深度値の現在の関係を保つために現在時間で必要とされるバイパス電流量を個別に表す、前記複数の継続平衡化バイパス電流値を決定するように動作可能な、継続平衡化構成要素であって、前記継続平衡化構成要素が、前記バッテリセルの総充電容量値における差に、及び前記バッテリパックにおける総電流フローを表す総パック電流値に少なくとも部分的に基づいて、前記複数の継続平衡化バイパス電流値を決定する、前記継続平衡化構成要素と、
   を含む、システム。
3. 請求項２に記載のシステムであって、前記平衡化構成要素が、
   エネルギー貯蔵構成要素の成分値に、及び、前記スイッチングコントローラが全時間間隔について前記スイッチング周波数で前記スイッチング制御信号を提供すると想定した場合、前記スイッチングコントローラの前記スイッチング周波数に、少なくとも部分的に基づいて、複数の理論的最大バイパス電流値を決定するように、
   前記初期平衡化バイパス電流値の対応する１つと、前記複数の継続平衡化バイパス電流値の対応する１つとの個々の合計として、複数の要求されるセルバイパス電流値を決定するように、及び、
   前記対応する要求されるセルバイパス電流値と前記対応する理論的最大バイパス電流値との比に少なくとも部分的に基づき、現在の時間間隔の小部分として、前記複数のオン時間の個々のオン時間を決定するように、
   動作可能な平衡化電流強制構成要素を含む、
   システム。
4. 請求項３に記載のシステムであって、前記平衡化電流強制構成要素が、前記オン時間の１つ又は複数が現在の時間間隔の持続時間を超える場合、前記スイッチングコントローラの前記スイッチング周波数を選択的に下げるように動作可能である、システム。
5. 請求項４に記載のシステムであって、前記予測平衡化構成要素が、前記スイッチング制御信号の前記スイッチングデバイスへの提供と、連続的な周期的時間間隔内のセル電圧測定との相対的開始時間を選択的に調節するように動作可能である、システム。
6. 請求項３に記載のシステムであって、前記予測平衡化構成要素が、前記スイッチング制御信号の前記スイッチングデバイスへの提供と、連続的な周期的時間間隔内でのセル電圧測定との相対的開始時間を選択的に調節するように動作可能である、システム。
7. 請求項３に記載のシステムであって、前記予測平衡化構成要素が、
   複数の推定される実際のセルバイパス電流値、前記総パック電流値、及びバイパス効率パラメータに少なくとも部分的に基づき、前の時間間隔の複数の実際のセルバイパス電流値を決定するように、
   前記複数のバッテリセルの１つに個別に対応する複数のスケーリングファクタを決定することであって、前記現在の時間間隔に対する前記個々のスケーリングファクタが、前記前の時間間隔からの前記要求されるセルバイパス電流値の対応する１つと、前記前の時間間隔からの前記対応するスケーリングファクタで乗じた前記前の時間間隔の前記複数の実際のセルバイパス電流値の対応する１つとの比として計算される、複数のスケーリングファクタを決定するように、及び、
   前記複数のスケーリングファクタに少なくとも部分的に基づき、前記複数の理論的最大バイパス電流値を決定するように、
   動作可能である、
   システム。
8. 請求項２に記載のシステムであって、前記予測平衡化構成要素が、対応する初期平衡化バイパス電流値と、対応する継続平衡化バイパス電流値との合計に少なくとも部分的に基づいて前記個々のオン時間を計算するように、及び、前記オン時間の１つ又は複数が現在の時間間隔の持続時間を超える場合、前記スイッチングコントローラの前記スイッチング周波数を選択的に下げるように動作可能である、システム。
9. 請求項８に記載のシステムであって、前記予測平衡化構成要素が、前記スイッチング制御信号の前記スイッチングデバイスへの提供と、連続的な周期的時間間隔内のセル電圧測定との相対的開始時間を選択的に調節するように動作可能である、システム。
10. 請求項１に記載のシステムであって、前記予測平衡化構成要素が、対応する初期平衡化バイパス電流値と、対応する継続平衡化バイパス電流値との合計に少なくとも部分的に基づいて前記個々のオン時間を計算するように、及び、前記オン時間の１つ又は複数が現在の時間間隔の持続時間を超える場合、前記スイッチングコントローラの前記スイッチング周波数を選択的に下げるように動作可能である、システム。
11. 請求項１０に記載のシステムであって、前記予測平衡化構成要素が、前記スイッチング制御信号の前記スイッチングデバイスへの提供と、連続的な周期的時間間隔内のセル電圧測定との相対的開始時間を選択的に調節するように動作可能である、システム。
12. 請求項１に記載のシステムであって、前記予測平衡化構成要素が、前記スイッチング制御信号の前記スイッチングデバイスへの提供と、連続的な周期的時間間隔内のセル電圧測定との相対的開始時間を選択的に調節するように動作可能である、システム。
13. 対応する複数の放電深度値を有する複数のバッテリセルを有するバッテリパックを管理するための方法であって、前記方法が、
    前記バッテリセルに対して推定される現在の放電深度値に少なくとも部分的に基づいて、複数の初期平衡化バイパス電流値を決定することであって、前記初期平衡化バイパス電流値が前記複数のバッテリセルの１つに個別に対応し、また、前記初期平衡化バイパス電流値が、予期される充電時間の終了又は放電時間の終了までに前記複数の放電深度値を平衡化するために現在時間から前記予期される充電時間の終了又は放電時間の終了までに必要とされるバイパス電流量を個別に表すこと、
    前記バッテリセルの総充電容量値における差に、及び前記バッテリパックにおける総電流フローを表す総パック電流値に少なくとも部分的に基づいて、複数の継続平衡化バイパス電流値を決定することであって、前記継続平衡化バイパス電流値が、前記複数のバッテリセルの１つに個別に対応し、前記複数の放電深度値の現在の関係を保つために前記現在時間に必要とされるバイパス電流量を個別に表すこと、
    前記初期平衡化バイパス電流値及び前記継続平衡化バイパス電流値に少なくとも部分的に基づいて、現在の時間間隔における前記バッテリセルの個々のバッテリセルへの及び／又は前記バッテリセルの個々のバッテリセルからのバイパス電流の導通に関する複数のオン時間を決定すること、及び、
    前記複数のオン時間に少なくとも部分的に基づいて、前記現在の時間間隔における前記バッテリセルの個々のバッテリセルへの及び／又は個々のバッテリセルからのバイパス電流の導通を制御すること、
    を含む、方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記バッテリセルに接続されるバイパス回路のエネルギー貯蔵構成要素の成分値に、及び前記バイパス回路のスイッチングデバイスを動作させるスイッチングコントローラのスイッチング周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記バッテリセルの１つに個別に対応する複数の理論的最大バイパス電流値を決定すること、
    前記初期平衡化バイパス電流値の対応する１つと、前記複数の継続平衡化バイパス電流値の対応する１つとの個々の合計として、複数の要求されるセルバイパス電流値を決定すること、及び、
    前記対応する要求されるセルバイパス電流値と前記対応する理論的最大バイパス電流値との比に少なくとも部分的に基づき、前記複数のオン時間の個々のオン時間を決定すること、
    を含む、方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、
    複数の推定される実際のセルバイパス電流値、前記総パック電流値、及びバイパス効率パラメータに少なくとも部分的に基づき、前の時間間隔の複数の実際のセルバイパス電流値を決定すること、
    前記複数のバッテリセルの１つに個別に対応する複数のスケーリングファクタを決定することであって、前記前の時間間隔からの前記要求されるセルバイパス電流値の対応する１つと、前記前の時間間隔からの前記対応するスケーリングファクタで乗じた前記前の時間間隔の前記複数の実際のセルバイパス電流値の対応する１つとの比として、前記現在の時間間隔に対する個々のスケーリングファクタを計算することを含むこと、及び、
    前記複数のスケーリングファクタに少なくとも部分的に基づいて、前記複数の理論的最大バイパス電流値を決定すること、
    を含む、方法。
16. 請求項１３に記載の方法であって、
    対応する初期平衡化バイパス電流値と、対応する継続平衡化バイパス電流値との合計に少なくとも部分的に基づいて、前記個々のオン時間を計算すること、及び、
    前記オン時間の１つ又は複数が現在の時間間隔の持続時間を超える場合、前記スイッチングコントローラの前記スイッチング周波数を選択的に下げること、
    を含む、方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、前記バッテリセルに接続されるバイパス回路への前記スイッチング制御信号の提供と、連続的な周期的時間間隔内のセル電圧測定との相対的開始時間を選択的に調節することを含む、方法。
18. 請求項１３に記載の方法であって、前記バッテリセルに接続されるバイパス回路への前記スイッチング制御信号の提供と、連続的な周期的時間間隔内のセル電圧測定との相対的開始時間を選択的に調節することを含む、方法。
19. 対応する複数の放電深度値を有する複数のバッテリセルを有するバッテリパックを管理するためのコンピュータ実行可能命令を備える持続性コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ可読媒体が、
    前記バッテリセルに対して推定される現在の放電深度値に少なくとも部分的に基づいて、複数の初期平衡化バイパス電流値を決定するためであって、前記初期平衡化バイパス電流値が前記複数のバッテリセルの１つに個別に対応し、また、前記初期平衡化バイパス電流値が、予期される充電時間の終了又は放電時間の終了までに前記複数の放電深度値を平衡化するために現在時間から前記予期される充電時間の終了又は放電時間の終了までに必要とされるバイパス電流量を個別に表す、前記複数の初期平衡化バイパス電流値を決定するためのコンピュータ実行可能命令、
    前記バッテリセルの総充電容量値における差に、及び前記バッテリパックにおける総電流フローを表す総パック電流値に少なくとも部分的に基づいて、複数の継続平衡化バイパス電流値を決定するためであって、前記継続平衡化バイパス電流値が前記複数のバッテリセルの１つに個別に対応し、また、前記継続平衡化バイパス電流値が、前記複数の放電深度値の現在の関係を保つために前記現在時間で必要とされるバイパス電流量を個別に表す、前記複数の継続平衡化バイパス電流値を決定するためのコンピュータ実行可能命令、
    前記初期平衡化バイパス電流値及び前記継続平衡化バイパス電流値に少なくとも部分的に基づいて現在の時間間隔における前記バッテリセルの個々のバッテリセルへの及び／又は個々のバッテリセルからのバイパス電流の導通に関する複数のオン時間を決定するためのコンピュータ実行可能命令、及び、
    前記複数のオン時間に少なくとも部分的に基づいて、前記現在の時間間隔における前記バッテリセルの個々のバッテリセルへの及び／又は個々のバッテリセルからのバイパス電流の導通を制御するためのコンピュータ実行可能命令、
    を含む、コンピュータ可読媒体。
20. 請求項１９に記載のコンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ可読媒体が、
    前記バッテリセルに接続されるバイパス回路のエネルギー貯蔵構成要素の成分値に、及び前記バイパス回路のスイッチングデバイスを動作させるスイッチングコントローラのスイッチング周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記バッテリセルの１つに個別に対応する複数の理論的最大バイパス電流値を決定するためのコンピュータ実行可能命令、
    前記初期平衡化バイパス電流値の対応する１つと、前記複数の継続平衡化バイパス電流値の対応する１つとの個々の合計として、複数の要求されるセルバイパス電流値を決定するためのコンピュータ実行可能命令、及び、
    前記対応する要求されるセルバイパス電流値と、前記対応する理論的最大バイパス電流値との比に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のオン時間の個々のオン時間を決定するためのコンピュータ実行可能命令、
    を含む、コンピュータ可読媒体。

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