JP2017502634A - バッテリシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、特に電気で駆動する車両のための、バッテリシステム（１）であって、少なくとも１つのバッテリサブユニット（２）と少なくとも１つの大電流線（３）とを有し、バッテリサブユニット（２）は、少なくとも１つのガルバニック素子（４）と、ガルバニック素子（４）に対して直列に接続され、かつガルバニック素子（４）がそれを介して大電流線（３）と電導的に接続可能な少なくとも１つのパワースイッチングトランジスタ（５）と、パワースイッチングトランジスタ（５）及びガルバニック素子（４）に対して並列に接続された少なくとも１つのパワーバイパストランジスタ（６）と、バッテリサブユニット（２）の少なくとも１つの駆動パラメータを検出するよう構成され、かつパワースイッチングトランジスタ（５）及び／又はパワーバイパストランジスタ（６）と通信技術により接続された少なくとも１つの電子デバイス（７）と、を有し、電子デバイス（７）は、大電流線（３）を流れる電流の大きさを変えるために、パワースイッチングトランジスタ（５）及び／又はパワーバイパストランジスタ（６）の電気抵抗が、少なくとも１つの予め設定可能な期間に変えられるように、パワースイッチングトランジスタ（５）及び／又はパワーバイパストランジスタ（６）を電気的に駆動することで、駆動パラメータに対応付けられたデータ信号を生成するよう構成される、バッテリシステム（１）に関する。【選択図】図１

Description

電気で駆動する車両、特に電気自動車及びハイブリッド自動車では二次バッテリが使用され、二次バッテリによって、車両の電気的な駆動装置に電気エネルギーが供給される。対応する二次バッテリは、通常では、互いに電気的に接続されてバッテリ線となったバッテリモジュールを有し、このバッテリモジュール自体は、互いに電気的に接続された複数のバッテリセルを有しうる。二次バッテリのバッテリセルは例えば、リチウムイオンバッテリセルとして構成されうる。

バッテリモジュール又はバッテリセルは、所望の大きさの電気エネルギーを生成するために、パワースイッチングトランジスタを介して、動的に、二次バッテリの大電流線と接続可能であり又は当該大電流線から分離可能である。大電流線から分離されたバッテリモジュール、又は、大電流線から分離されたバッテリセルには、通常では、パワーバイパストランジスタによってバイパスがつけられる。これらパワーエレクトロニクスは、従来では通常固有の電子ユニット及びガルバニック素子を有するバッテリセルの構成要素となりうる。

本発明の主題は、特に電気で駆動する車両のための、バッテリシステムであって、少なくとも１つのバッテリサブユニットと少なくとも１つの大電流線とを有し、バッテリサブユニットは、
‐少なくとも１つのガルバニック素子と、
‐ガルバニック素子に対して直列に接続され、かつガルバニック素子がそれを介して大電流線と電導的に接続可能な少なくとも１つのパワースイッチングトランジスタと、
‐パワースイッチングトランジスタ及びガルバニック素子に対して並列に接続された少なくとも１つのパワーバイパストランジスタと、
‐バッテリサブユニットの少なくとも１つの駆動パラメータを検出するよう構成され、パワースイッチングトランジスタ及び／又はパワーバイパストランジスタと通信技術により接続された少なくとも１つの電子デバイスと、を有し、
電子デバイスは、パワースイッチングトランジスタ及び／又はパワーバイパストランジスタの電気抵抗が、少なくとも１つの予め設定可能な期間に変えられるように、パワースイッチングトランジスタ及び／又はパワーバイパストランジスタを電気的に駆動することで、駆動パラメータに対応付けられたデータ信号を生成するよう構成される、上記バッテリシステムである。

パワーバイパストランジスタ又はパワースイッチングトランジスタが本発明に基づき駆動されることによって、パワーバイパストランジスタ及び／又はパワースイッチングトランジスタの電気抵抗が、少なくとも１つの予め設定可能な期間に変えられ（ｍｏｄｕｌｉｅｒｅｎ）、これにより、大電流線を流れる電流の強さが変えられる。特に、これにより、大電流線を流れる電流の強さが、上記の駆動抜きで予期される電流値を介して上げられ又は下げられる。一般的に言えば、パワースイッチングトランジスタ及び／又はパワーバイパストランジスタの電気抵抗は、検出可能な電流変化をバッテリの大電流線上で生じさせることを目的として、変えられる。結果的に、大電流線で検出可能な電圧も変化する。一方の値又は両方の値が、データ信号を受信するために評価される。これにより、バッテリサブユニットの特定のバッテリパラメータがシグナリングされて、大電流線に供給され、例えば、上位の電子的な評価及び制御装置によって評価されうる。複雑なデータ信号を生成して大電流線に供給すべき場合には、パワーバイパストランジスタ又はパワースイッチングトランジスタが、連続する複数の予め設定可能な期間に、例えば周期的に、対応して電気的に駆動されうる。パワーバイパストランジスタ又はパワースイッチングトランジスタを通って流れる電流を大電流線へと供給することは、負荷調整（Ｌａｓｔｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）と関連している。

電気で駆動する車両とは、本発明の範囲においては、例えば、ハイブリッド自動車、プラグイン（Ｐｌｕｇ‐ｉｎ）ハイブリッド自動車、又は、電気自動車でありうる。

バッテリシステムは、本発明の範囲においては、２つ以上のガルバニック素子を有しうる。バッテリサブユニットも、２つ以上のガルバニック素子を有しうる。代替的に、バッテリサブユニットは、１つのガルバニック素子を有してもよく、従って従来のバッテリセルとして構成されうる。

各バッテリサブユニットには、当該各バッテリサブユニットの少なくとも１つの駆動パラメータを検出するよう構成された固有の電子デバイスが対応付けられうる。バッテリサブユニットは、その構成が、例えばそのガルバニック素子の数が、互いに異なっていてもよい。好適に、各バッテリサブユニットは、各ガルバニック素子に対して直列に接続された固有のパワースイッチングトランジスタを介して、大電流線と電導的に接続可能である。好適に、各バッテリサブユニットには、各パワースイッチングトランジスタ及び各ガルバニック素子に対して並列に接続された固有のパワーバイパストランジスタが対応付けられる。

電子デバイスは、従来からあるバッテリセルの制御電子回路により、又は別の電子回路により構成されうる。電子デバイスによって検出可能な、バッテリサブユニットの駆動パラメータは、センサによって検出されうる。例えば、バッテリサブユニットの温度、少なくとも１つのガルバニック素子により生成された電圧等が、駆動パラメータと見なされる。電子デバイスにより生成されるデータ信号は、各バッテリサブユニットの２つ以上の異なる駆動パラメータについての情報も含みうる。

有利な構成によれば、電子デバイスは、パワースイッチングトランジスタが閉鎖されパワーバイパストランジスタが開放される際には、大電流線を流れる電流の一部が少なくとも１つの予め設定可能な期間にパワースイッチングトランジスタを通って流れるように、パワーバイパストランジスタを電気的に駆動することで、及び／又は、パワーバイパストランジスタが閉鎖されパワースイッチングトランジスタが開放される際には、大電流線を流れる電流の一部が少なくとも１つの予め設定可能な期間にパワーバイパストランジスタを通って流れるように、パワースイッチングトランジスタを電気的に駆動することで、駆動パラメータに対応付けられたデータ信号を生成するよう構成される。

有利な構成によれば、電子デバイスは、パワーバイパストランジスタ又はパワースイッチングトランジスタを、上記の少なくとも１つの予め設定可能な期間に各パワートランジスタのゲート電圧が予め設定可能な度合いだけ下げられ又は上げられるように、電気的に駆動する。これにより、少なくとも１つの予め設定可能な期間に、大電流線を流れる電流の一部が、パワーバイパストランジスタ又はパワースイッチングトランジスタを通って流れられるために、又は当該流れる電流の強さが変えられるために、パワーバイパストランジスタ又はパワースイッチングトランジスタが、一瞬（ｇｅｒｉｎｇｆｕｅｇｉｇ）閉鎖又は開放され、即ち、パワーバイパストランジスタ又はパワースイッチングトランジスタの電気抵抗が変えられる。

さらに、本発明の主題は、特に電気で駆動する車両のための、バッテリシステムであって、少なくとも１つのバッテリサブユニットと少なくとも１つの大電流線とを有し、バッテリサブユニットは、
‐少なくとも１つのガルバニック素子と、
‐ガルバニック素子に対して直列に接続され、かつガルバニック素子がそれを介して大電流線と電導的に接続可能な少なくとも１つのパワースイッチングトランジスタと、
‐パワースイッチングトランジスタ及びガルバニック素子に対して並列に接続された少なくとも１つのパワーバイパストランジスタと、
‐バッテリサブユニットの少なくとも１つの駆動パラメータを検出するよう構成され、かつパワースイッチングトランジスタ及び／又はパワーバイパストランジスタと通信技術により接続された少なくとも１つの電子デバイスと、を有し、
電子デバイスは、パワーバイパストランジスタが開放される際には、パワースイッチングトランジスタの少なくとも１つの実際の切り替え時点が、予め設定可能な度合いだけ所定の切り替えパターンから外れるように、パワースイッチングトランジスタを電気的に駆動することで、駆動パラメータに対応付けられたデータ信号を生成するよう構成される、上記バッテリシステムである。

所定の切り替えパターンからの、予め設定可能な度合いでのパワースイッチングトランジスタの少なくとも１つの実際の切り替え時点のずれが、バッテリサブユニットの駆動状態に対応付けられたデータ信号として、大電流線に供給されて検出されうる。好適に、既存の仕様（ジッタ、Ｊｉｔｔｅｒ）の範囲に収まる上記ずれは、受信者装置によって、目的的な通信として検知されうる。パワースイッチングトランジスタの作動時点及び／又は停止時点は、所定の切り替えパターンから外れていてもよく、この所定の切り替えパターンは、実際の切り替え時点との比較が行えるように、例えば、他の電子デバイス及び／又は上位の中央電子デバイスに格納されていてもよい。作動時点は、その後に続く停止時点に対して逆向きに、予期される切り替え時点に対してずらされてもよい。

他の有利な構成によれば、電子デバイスは、他のバッテリサブユニットに対応付けられた電子デバイスによって生成されたデータ信号を受信して、評価するよう構成される。これにより、バッテリサブユニット同士の通信が可能となる。さらに、バッテリの全ての電子デバイスも対応して構成されうる。

更に別の有利な構成によれば、バッテリシステムは、少なくとも１つの中央の電子的な評価及び制御装置を有し、この少なくとも１つの中央の電子的な評価及び制御装置は、大電流線、及び／又は、当該大電流線を通って流れる電流を測定する電流センサ、と接続され、データ信号を受信して評価するよう構成される。中央の電子的な評価及び制御装置は、バッテリサブユニットの上位に位置づけらうる。さらに、中央の電子的な評価及び制御装置は、従来のバッテリ制御ユニット（所謂「バッテリコントロールユニット」（ＢＣＵ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）により構成されうる。中央の電子的な評価及び制御装置は、電子デバイスからデータ信号を受信できるために、バッテリの大電流線を流れる電流を測定することが可能である。代替的に、データ信号を受信するために、中央の電子的な評価及び制御装置によって、大電流線の末端で、即ちバッテリの出力口で設定される電圧又は電圧調整（Ｓｐａｎｎｕｎｇｓｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）が測定されうる。

更に別の有利な構成では、中央の電子的な評価及び制御装置がデータ信号を生成して、大電流線を介して少なくとも１つの電子デバイスへと送信するよう構成されることが構想される。これにより、中央の電子的な評価及び制御装置と電子デバイスとの間の双方向通信が可能である。

本発明の主題は、さらに、バッテリ、特に電気で駆動する車両のバッテリのバッテリサブユニットの少なくとも１つの駆動パラメータに対応付けられたデータ信号を生成する方法であって、バッテリサブユニットは、少なくとも１つのガルバニック素子と少なくとも１つのパワースイッチングトランジスタとを有し、ガルバニック素子は、パワースイッチングトランジスタを介してバッテリの大電流線と電導的に接続可能である、上記方法において、パワースイッチングトランジスタの少なくとも１つの実際の切り替え時点が、予め設定可能な度合いだけ所定の切り替えパターンから外れるように、パワースイッチングトランジスタが電気的に駆動されることで、データ信号が生成されることを特徴とする、上記方法である。

本方法は、対応して構成されたバッテリシステムに関して得られる上記の効果と、対応して結び付いている。

さらに、本発明の主題は、バッテリ、特に電気で駆動する車両のバッテリのバッテリサブユニットを、バッテリの大電流線と接続するパワートランジスタであって、バッテリサブユニットの少なくとも１つの駆動パラメータに対応付けられたデータ信号を生成するため、及びデータ信号を大電流線に導入するための上記パワートランジスタの利用である。

従って本方法によって、電気で駆動する車両のバッテリシステム内、特にリチウムイオンバッテリシステム内でセンサと制御装置との間で情報を交換するための通信方法が可能である。

以下では、本方法が、添付の図面を参照して、好適な実施例により例を挙げて解説され、以下に提示される特徴は、それ自体が、又は様々な組み合わせにおいて本発明の観点となりうる。

本発明に係るバッテリシステムの一実施例の概略的な回路図を示す。 本発明に係るバッテリシステムの一実施例に係るパワートランジスタの電子的な駆動を概略的に示す。

図１は、本発明に係るバッテリシステム１の一実施例の概略的な回路図を示している。バッテリシステム１は、バッテリセルとして構成された複数の直列接続されたバッテリサブユニット２と、大電流線３と、を備える。

各バッテリサブユニット２は、ガルバニック素子４と、パワースイッチングトランジスタ５及びパワーバイパストランジスタ６とで形成されるパワーエレクトロニクスと、電子デバイス７と、を有する。パワースイッチングトランジスタ５は、各ガルバニック素子４に対して直列に接続されている。ガルバニック素子４は、各パワースイッチングトランジスタ５を介して大電流線３と接続可能である。パワーバイパストランジスタ６は、各パワースイッチングトランジスタ５及び各ガルバニック素子４に対して並列に接続されている。電子デバイス７は、各バッテリサブユニット２の少なくとも１つの駆動パラメータを検出するよう構成される。パワースイッチングトランジスタ５及びパワーバイパストランジスタ６は開放位置にある。

バッテリシステム１は、さらに、大電流線３と電導的に接続された中央の電子的な評価及び制御装置８を備える。これにより、大電流線３の電圧が検出されうる。さらに、中央の電子的な評価及び制御装置８が、大電流線３を流れる電流を検出できるために、電流センサ１３を介して大電流線３と接続されている。

各電子デバイス７は、パワースイッチングトランジスタ５及び／又はパワーバイパストランジスタ６の電気抵抗が、少なくとも１つの予め設定可能な期間に変えられるように、パワースイッチングトランジスタ５及び／又はパワーバイパストランジスタ６を電気的に駆動することで、駆動パラメータに対応付けられたデータ信号を生成するよう構成される。このために、各電子デバイス７は、パワースイッチングトランジスタ５が閉鎖されパワーバイパストランジスタ６が開放される際には、大電流線３を流れる電流の一部が少なくとも１つの予め設定可能な期間にパワースイッチングトランジスタ５を通って流れるように、パワーバイパスレジスタ６を電気的に駆動するよう構成され、及び／又は、パワーバイパスレジスタ６が閉鎖されパワースイッチングレジスタ５が開放される際には、大電流線３を流れる電流の一部が少なくとも１つの予め設定可能な期間にパワーバイパストランジスタ６を通って流れるように、パワースイッチングレジスタ５を電気的に駆動するよう構成されうる。このために、各電子デバイス７は、各パワーバイパストランジスタ６又は各パワースイッチングトランジスタ５を、上記の少なくとも１つの予め設定可能な期間に各パワートランジスタ６又は５のゲート電圧が予め設定可能な度合いだけ下げられ又は上げられるように、電気的に駆動する。

代替的に、各電子デバイス７は、パワーバイパストランジスタ６が開放される際には、パワースイッチングトランジスタ５の少なくとも１つの実際の切り替え時点が、予め設定可能な度合いだけ所定の切り替えパターンから外れるように、パワースイッチングレジスタ５を電気的に駆動することで、駆動パラメータに対応付けられたデータ信号を生成するよう構成されうる。このことは図２で明確にされる。

さらに、各電子デバイス７は、他のバッテリサブユニット２に対応付けられた電子デバイス７によって生成されたデータ信号を受信して、評価するよう構成されうる。さらに、中央の電子的な評価及び制御装置８も、データ信号を受信して評価するよう構成される。さらに、中央の電子的な評価及び制御装置８は、自身がデータ信号を生成して、大電流線３を介して少なくとも１つの電子デバイス７へと送信するよう構成される。

図２は、本発明に係るバッテリシステム１の一実施例に係るパワースイッチングトランジスタ５の電子的な駆動の概略図を示している。実線９は、所定の切り替えパターンを表している。破線１０、１１、及び１２は、実際の切り替え時点を表しており、予め設定可能な度合いだけ、所定の切り替えパターンの所定の切り替え時点から外れている。実際の切り替え時点１０及び１１は、切り替えパターンから予期される切り替え時点より前に位置しているが、実際の切り替え時点１２は、切り替えパターンから予期される切り替え時点より後ろに位置している。予期される切り替え時点からの、実際の切り替え時点の上記ずれによって、２進数０及び１が符号化されうる。

Claims (9)

1. 特に電気で駆動する車両のための、バッテリシステム（１）であって、
   少なくとも１つのバッテリサブユニット（２）と少なくとも１つの大電流線（３）とを有し、
   前記バッテリサブユニット（２）は、
   ‐少なくとも１つのガルバニック素子（４）と、
   ‐前記ガルバニック素子（４）に対して直列に接続され、かつ前記ガルバニック素子（４）がそれを介して前記大電流線（３）と電導的に接続可能な少なくとも１つのパワースイッチングトランジスタ（５）と、
   ‐前記パワースイッチングトランジスタ（５）及び前記ガルバニック素子（４）に対して並列に接続された少なくとも１つのパワーバイパストランジスタ（６）と、
   ‐前記バッテリサブユニット（２）の少なくとも１つの駆動パラメータを検出するよう構成され、かつ前記パワースイッチングトランジスタ（５）及び／又は前記パワーバイパストランジスタ（６）と通信技術により接続された少なくとも１つの電子デバイス（７）と、を有し、
   前記電子デバイス（７）は、前記大電流線（３）を流れる電流の大きさを変えるために、前記パワースイッチングトランジスタ（５）及び／又は前記パワーバイパストランジスタ（６）の電気抵抗が、少なくとも１つの予め設定可能な期間に変えられるように、前記パワースイッチングトランジスタ（５）及び／又は前記パワーバイパストランジスタ（６）を電気的に駆動することで、前記駆動パラメータに対応付けられたデータ信号を生成するよう構成される、バッテリシステム（１）。
2. 前記電子デバイス（７）は、パワースイッチングトランジスタ（５）が閉鎖されパワーバイパストランジスタ（６）が開放される際には、前記大電流線（３）を流れる電流の一部が少なくとも１つの予め設定可能な期間に前記パワースイッチングトランジスタ（５）を通って流れるように、前記パワーバイパストランジスタ（６）を電気的に駆動することで、及び／又は、パワーバイパストランジスタ（６）が閉鎖されパワースイッチングトランジスタ（５）が開放される際には、前記大電流線（３）を流れる電流の一部が少なくとも１つの予め設定可能な期間に前記パワーバイパストランジスタ（６）を通って流れるように、前記パワースイッチングトランジスタ（５）を電気的に駆動することで、前記駆動パラメータに対応付けられたデータ信号を生成するよう構成されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリシステム（１）。
3. 前記電子デバイス（７）は、前記パワーバイパストランジスタ（６）又は前記パワースイッチングトランジスタ（５）を、前記少なくとも１つの予め設定可能な期間に各前記パワートランジスタ（５、６）のゲート電圧が予め設定可能な度合いだけ下げられ又は上げられるように、電気的に駆動することを特徴とする、請求項１又は２に記載のバッテリシステム（１）。
4. 特に電気で駆動する車両のための、バッテリシステム（１）であって、
   少なくとも１つのバッテリサブユニット（２）と少なくとも１つの大電流線（３）とを有し、
   前記バッテリサブユニット（２）は、
   ‐少なくとも１つのガルバニック素子（４）と、
   ‐前記ガルバニック素子（４）に対して直列に接続され、かつ前記ガルバニック素子（４）がそれを介して前記大電流線（３）と電導的に接続可能な少なくとも１つのパワースイッチングトランジスタ（５）と、
   ‐前記パワースイッチングトランジスタ（５）及び前記ガルバニック素子（４）に対して並列に接続された少なくとも１つのパワーバイパストランジスタ（６）と、
   ‐前記バッテリサブユニット（２）の少なくとも１つの駆動パラメータを検出するよう構成され、かつ前記パワースイッチングトランジスタ（５）及び／又は前記パワーバイパストランジスタ（６）と通信技術により接続された少なくとも１つの電子デバイス（７）と、を有し、
   前記電子デバイス（７）は、パワーバイパストランジスタ（６）が開放される際には、前記パワースイッチングトランジスタ（５）の少なくとも１つの実際の切り替え時点が予め設定可能な度合いだけ所定の切り替えパターンから外れるように、前記パワースイッチングトランジスタ（５）を電気的に駆動することで、前記駆動パラメータに対応付けられたデータ信号を生成するよう構成される、バッテリシステム（１）。
5. 前記電子デバイス（７）は、他のバッテリサブユニット（２）に対応付けられた電子デバイス（７）によって生成されたデータ信号を受信して、評価するよう構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバッテリシステム（１）。
6. 前記大電流線（３）、及び／又は、当該大電流線（３）を通って流れる前記電流を測定する電流センサ、と接続され、かつ前記データ信号を受信して評価するよう構成された少なくとも１つの中央の電子的な評価及び制御装置（８）を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッテリシステム（１）。
7. 前記中央の電子的な評価及び制御装置（８）は、データ信号を生成して、前記大電流線（３）を介して少なくとも１つの電子デバイス（７）へと送信するよう構成されることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリシステム（１）。
8. バッテリ、特に電気で駆動する車両のバッテリのバッテリサブユニット（２）の少なくとも１つの駆動パラメータに対応付けられたデータ信号を生成する方法であって、前記バッテリサブユニット（２）は、少なくとも１つのガルバニック素子（４）と少なくとも１つのパワースイッチングトランジスタ（５）とを有し、前記ガルバニック素子（４）は、前記パワースイッチングトランジスタ（５）を介して前記バッテリの大電流線（３）と電導的に接続可能である、前記方法において、
   前記パワースイッチングトランジスタ（５）の少なくとも１つの実際の切り替え時点が、予め設定可能な度合いだけ所定の切り替えパターンから外れるように、前記パワースイッチングトランジスタ（５）が電気的に駆動されることで、前記データ信号が生成されることを特徴とする、方法。
9. バッテリ、特に電気で駆動する車両のバッテリのバッテリサブユニット（２）を、前記バッテリの大電流線（３）と接続するパワートランジスタ（５、６）であって、前記バッテリサブユニット（２）の少なくとも１つの駆動パラメータに対応付けられたデータ信号を生成するため、及び前記データ信号を前記大電流線（３）に導入するための前記パワートランジスタ（５、６）の利用。

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