JP2017502635A - 複数のエネルギー保存モジュールの電荷を均衡させる装置と方法 - Google Patents
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Abstract
Description
−電池(つまりモジュール)を構成する数個の電気化学セル1
−電池管理システムBMS
−直列に配置されている1個または2個以上のエネルギー保存インダクタ2
−例えば、半導体、好ましくは1方向性電流スイッチである被制御スイッチSW、SW_up、SW_downであって、それらの制御されている、または制御されていないスイッチSW、SW_up、SW_downは、例えば、MOSFETまたはパワーダイオードから構成することができ、それらの被制御スイッチの実施形態の例は図2に示されており、これらの被制御スイッチSW、SW_up、SW_downは、セル1と誘導子2との間に配置されている
−スイッチ制御回路6
−複数のセルの差分電圧を計測するための回路4
−1個または2個以上のインダクタの電流を計測するための回路3
−放電されるセルを選択するためのロジック5
−段階1:BMSからの均衡許容値の受信
−段階2:複数のセル1の差分電圧の計測
−段階3:最も充電されているセル1の決定
−段階4:選択された最も充電されているセル1の複数のスイッチSWを閉じるように命令
−段階5:選択された最も充電されているセル1の誘導子2への選択されたImax値(調整可能なパラメータ)までの放電
−段階6:選択された最も充電されているセル1の複数のスイッチSWを開くように命令
−段階7:誘導子2のモジュール(またはパック)の全てのセル1への完全な放電
−段階8:全てのセルの均衡が検出されるか、BMSによる停止命令までの段階2の繰り返し
a)少なくとも1個の充電されるモジュールと1個の放電されるモジュールを識別する段階
b)放電されるモジュールをマスターモジュールとして制御し、充電されるモジュールをスレーブモジュールとして制御する段階
c)マスターモジュールの磁気保存要素を用いて、マスターモジュールの少なくとも1個のセルの放電によるスレーブモジュールの少なくとも1個のセルの充電によって、均衡を実施する段階
電気エネルギー保存用の少なくとも1個のセル、好ましくは数個の電気化学セル
他の複数のモジュールと結合する手段
電池管理装置(BMS)
(例えば、図1に示している構造による)能動的均衡手段
−直列に配置されている3個(この数は限定的ではなく、本発明の均衡装置は、2個または3個より多いセルを有することが可能であり、セルの数はモジュール毎に異なっていてもよい)の電気化学セル1と、
o少なくとも1個の共有エネルギー保存誘導子2と、
o例えば半導体、好ましくは1方向電流スイッチである被制御スイッチSWおよびSWbであって、例えば、MOSFETとパワーダイオードから構成可能であり、セル1と共有誘導子2との間に配置されている被制御スイッチSWおよびSWbと、
o共有誘導子2の電流を計測する回路3と、
o2個のセル1の電圧を計測する回路4と、
o特に被制御スイッチSW、SWaおよびSWbのための制御回路と、放電されるセルを選択するためのロジック5とからなる均衡制御手段と、
−を有する図1に示すような共有誘導子均衡手段と、
−電池管理装置BMSと、
を有する。
−複数のモジュール間、特にモジュールの電池管理装置BMS間の通信手段9と、
−特に主接触子CPPおよびCPNと、モジュールの事前充電のための2次接触子CSとを有する結合手段であって、接触子CPPとCPNは、モジュールの機能要件および機能障害要件のために、モジュールを電気ネットワークから絶縁することを可能にし、事前充電接触子CSは、電気ネットワークの複数のコンデンサにストレスを与えないように、それらのコンデンサをゆっくり充電できるようにし、この事前充電動作は、主接触子と、複数のモジュールを並列に取り付け、電気装置7、特に電気機械を取り付けることができるような、+と−の接続端子を閉じる前に実施され、主接触子CPPおよびCPNは、一連の接続の両端部に、それぞれ正極と負極の位置で接続され、2次接触子は、主接触子CPPに並列に配置され、+と−の接続端子は、主接触子CPPおよびCPNに接続される結合手段と、
−モジュールをスレーブモジュールまたはマスターモジュールとして制御する切り換え手段SWaを有する制御手段と、
をさらに有する。
a)例えば、各モジュールの電圧を測定して比較することで充電されるまたは放電されるモジュールを特定するなどして、充電される少なくとも1個のモジュールと放電される少なくとも1個のモジュールを特定する。
b)例えば、各モジュールの結合手段に組み込まれている切り換え手段を作動させることによって複数のモジュールをスレーブモジュールやマスターモジュールとして制御するなどして、放電されるモジュールをマスターモジュールとして制御し、充電されるモジュールをスレーブモジュールとして制御する。
c)マスターモジュールの磁気保存要素(例えば共有誘導子)を用いて、マスターモジュールの少なくとも1個のセルの放電によるスレーブモジュールの少なくとも1個のセルの充電によって、均衡を実施する。
−段階1:数個のモジュールを結合する要求を電池管理装置BMSから通信手段9を介して受信。
−段階2:マスターモジュールまたはスレーブモジュールへ移行する要求を電池管理装置BMSから受信。マスターモジュールは、放電されるモジュールを特定することによって、例えば、最も充電されているモジュールを検出することによって定義できる。例えば、各モジュールのBMSはその電圧計測値を多重ネットワークへ送信し、それからBMSは、計測された電圧が第2のパックの電圧よりも低い場合、そのモジュールのスレーブモジュールへの移行を決定し、計測された電圧が第2のパックまたはモジュールの電圧よりも高い場合、そのモジュールのマスターモジュールへの移行を決定する。
−段階3:モジュールの複数のセル内の再充電電流の循環を防止するために制御回路6によってスイッチ「SWb」を開くように命令。例えば、モジュールがマスターとして構成されている場合、誘導子に保存されているエネルギーがそれ自体のモジュールに放電されることは好ましくない。
−段階4:スレーブとして特定された複数のモジュールまたはパックの複数のスイッチ「SWa、ES」を閉じるように命令し、スレーブとして特定されたモジュールまたはパックの複数のスイッチ「SWa、MA」を閉じるように命令する。命令は制御回路6によって達成される。
−段階5:スレーブとして特定された複数のモジュールまたはパックの複数のスイッチ「SW」の制御の禁止。
−段階6:マスターとして特定されたパックまたはモジュールの複数のセルの差分電圧の計測。
−段階7:マスターとして特定されたパックまたはモジュールの最も充電されているセルの決定。
−段階8:マスターとして特定されたパックまたはモジュールの放電されるセル(つまり最も充電されているセル)の複数のスイッチ「SW」を閉じる命令。命令は制御回路6によって達成される。
−段階9:(飽和可能な磁気回路を有している)誘導子が飽和されないように選択された(調整可能なパラメータである)Imax電流値まで、選択されたセルを誘導子に放電。飽和は危険であり、回復不能な装置機能障害の原因となり得る。
−段階10:制御回路6によって選択された最も充電されているセルの複数のスイッチ「SW」を開くように命令。
−段階11:マスターモジュールの誘導子を、スレーブとして特定された複数のパックまたはモジュールの全てのセルに完全に放電。
−段階12:全てのセルの均衡が検出されるか、マスターモジュールのBMSによる停止要求の受信まで段階6から繰り返す。
Claims (14)
- 少なくとも2個の結合されている電気エネルギー保存モジュール(10)の電荷を均衡させる均衡装置であって、
各モジュール(10)は、少なくとも1個の電気化学セル(1)と、少なくとも1個の磁気保存要素(2、11、12)を含む均衡手段と、他の前記モジュールと結合する結合手段とを有し、
各結合手段は、前記モジュールを、放電されるマスターモジュールと、充電されるスレーブモジュールとのいずれかとして制御して、前記スレーブモジュールの少なくとも1個のセルの充電が、前記マスターモジュールの前記磁気保存要素(2、11、12)を用いて、前記マスターモジュールの少なくとも1個のセルの放電によって達成させる制御手段(SWa)を有することを特徴とする均衡装置。 - 前記モジュール(10)を制御する各制御手段は、2個のスイッチ(MA、ES)を有し、各スイッチが閉じることによって、前記モジュールの充電および放電のいずれかが可能になるように電流を1方向に流すことができる、請求項1に記載の均衡装置。
- 前記均衡装置は、前記モジュール(10)間の通信を可能にする手段(9)をさらに有する、請求項1または2に記載の均衡装置。
- 前記結合手段は、複数の主接触子(CPP、CPN)と2次接触子(CS)とを有する、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の均衡装置。
- 前記結合手段は、接続端子(+、−)を有する、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の均衡させる装置。
- 前記均衡装置は、各モジュールは、電荷の均衡を制御する電池管理装置(BMS)をさらに有する、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の均衡装置。
- 前記均衡手段は、充電または放電のために作動する切り換え手段(SW、SWb)を有する共有誘導子均衡手段(2)であり、前記切り換え手段(SW、SWb)は前記セル(1)と前記共有誘導子(2)との間に配置される、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の均衡装置。
- 前記磁気保存要素は、少なくとも1個のトランス(11、12)を有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の均衡装置。
- 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の均衡装置を有することを特徴とする、ハイブリット輸送機械または電気輸送機械、特に自動車。
- 少なくとも2個の結合されている電気エネルギー保存モジュール(10)の電荷を均衡させる方法であって、各モジュールは、少なくとも1個の電気化学セル(1)と、少なくとも1個の磁気保存要素(2、11、12)を含む均衡手段と、他の前記モジュールと結合する結合手段とを有し、
a)少なくとも1個の充電されるモジュールと1個の放電されるモジュールとを特定する段階と、
b)放電される前記モジュールをマスターモジュールとして制御し、充電される前記モジュールをスレーブモジュールとして制御する段階と、
c)前記マスターモジュールの前記磁気保存要素(2、11、12)を用いて、前記マスターモジュールの少なくとも1個の前記セル(1)の放電による前記スレーブモジュールの少なくとも1個の前記セル(1)の充電によって、均衡を実施する段階と、
を有することを特徴とする方法。 - 充電または放電される前記モジュールは、各モジュールの電圧を計測し比較することによって特定される、請求項10に記載の方法。
- 前記マスターモジュールの少なくとも最も充電されているセル(1)が特定され、均衡が、前記マスターモジュールの前記最も充電されているセルの放電による前記スレーブモジュールの少なくとも1個の前記セル(1)の充電によって実施される、請求項10または11に記載の方法。
- 各モジュールは、各モジュールの前記結合手段に統合されている切り換え手段(SWa)を作動させることによって、前記スレーブモジュールおよび前記マスターモジュールとして制御される、請求項10ないし12のいずれか1項に記載の方法。
- 段階c)は、前記セル(1)の均衡が達成されるまで繰り返される、請求項10ないし13のいずれか1項に記載の方法。
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