JP2017504300A - 電気化学的なエネルギー貯蔵器、及び、平衡化のための方法 - Google Patents

Abstract

電気化学的なエネルギー貯蔵器（１００）と、少なくとも１つのＵｎｉＢＢモジュールを用いて、電気化学的な蓄電池モジュール（１０）の複数の互いに並列に接続された線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を平衡化する方法と、が提案される。本方法では、以下の工程、即ち、第１の蓄電池モジュール（Ｍ１）の第１の充電状態（Ｉ）を検出する工程（Ｓ１００）と、第２の蓄電池モジュール（Ｍ２）の第２の充電状態（ＩＩ）を検出する工程（Ｓ２００）であって、第２の蓄電池モジュール（Ｍ２）はＵｎｉＢＢモジュールである、上記検出する工程（Ｓ２００）と、第１の充電状態（Ｉ）と第２の充電状態（ＩＩ）を互いに調整するために、第２の蓄電池モジュール（Ｍ２）を電流源として駆動する工程（Ｓ３００）と、が実行される。【選択図】図９

Description

本発明は、電気化学的なエネルギー貯蔵器、及び、電気化学的なエネルギー貯蔵器の電気化学的な蓄電池モジュールの複数の互いに並列に接続された線を平衡化する方法に関する。

電気化学的なエネルギー貯蔵器は、個々の構成要素（「モジュール」）で構成され、幾つかの適用のために必要な、１つのモジュールではもはや提供できない高い電流を提供することが可能である。このような適用のために、モジュールを並列に接続する必要がある。このことは、標準モジュールを用いても必ずしも可能とは限らない。なぜならば、望まれぬ駆動状態を引き起こしうる循環電流が、モジュールの間を流れる可能性があるからである。典型的に、現在の蓄電池セルのモジュールは、リチウムベースの化学反応を起こす流体を含む。このセルは、過充電にも、深放電にも影響を受けやすい。セル又はモジュールごとに約４．２Ｖ以上の過充電によって、セルの破壊に繋がる可能性がある発熱過程が起こる。セル又はモジュールごとに約２．５Ｖ以下の深放電によって、セルのエネルギー貯蔵容量及びアンペア容量が恒常的に低下することになる。セルが直列に接続される場合、セルは一緒に充電され、放電される。換言すれば、線の各セルの電荷の変化は同じである。セルの特性は様々であるため、利用されるほど、セルの充電状態（ＳＯＣ：ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）はもはや同じではなくなる。このことによって、充電の際に個々のセルが過充電する可能性があるが、その一方で、他のセルが未だ完全に充電していないということが起こりうる。後者のケースでは、放電時に、他のセルが未だ完全に放電していないにも関わらず、個々のセルが深放電する可能性があるというリスクが生じうる。このような理由から、蓄電池セルの状態は恒常的に監視され、充電又は放電が、場合によっては中断される。「平衡化」（Ｂａｌａｎｃｉｎｇ）とも呼ばれる、蓄電池パック（「電気化学的なエネルギー貯蔵器））のセル間の充電補正は、全てのセルが同じＳＯＣを有することを目指している。モジュールの内部のセルの平衡化のために、このために設計された、集積された測定及び平衡化回路が用いられる。

さらに、従来技術では、所謂ＵｎｉＢＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓｅｌｌｅ Ｂｕｃｋ−Ｂｏｏｓｔ、ユニバーサル・バックブースト）モジュールが公知であり、このＵｎｉＢＢモジュールは、（例えば、リチウムイオンベース又はリチウム重合体ベースの）電気化学的なエネルギー貯蔵器と、電気回路と、を備え、この電気化学的なエネルギー貯蔵器及び電気回路によって、様々な端子特性を実現することが可能である。例えば、ＵｎｉＢＢモジュールは、電圧源としても電流源としても利用可能である。ＵｎｉＢＢモジュール内の電気回路は、インダクタを含む「結合ユニット」とも呼ぶことが出来るであろう。ＵｎｉＢＢモジュールの構成及び機能形態は、例えば従来技術で公知である。

中国特許第１０２４９６９７０号明書は、電気で駆動する移動手段の電気化学的なエネルギー貯蔵器のための平衡化システムを示している。電気化学的なエネルギー貯蔵器は、互いに並列に接続された２つ蓄電池線を含む。各貯蔵器線は、個別の蓄電池セルを含む。抵抗及びキャパシタを介して、蓄電池線のＳＯＣ値が定められ、個々のセルのエネルギーが、ＳＯＣがより低い他のセルへと移動する。

米国特許出願公開第２０１１／０２５２５８号明細書は、電気化学的な蓄電池セルの結合体を示しており、ここでは、セルの過充電又は深放電を回避するために平衡化が行われる。本公報は、セルのＳＯＣを監視し、そのＳＯＣによってセルを放電可能なセルと充電可能なセルとに分類する制御ユニットを開示している。セルはその分類属性に従って個別に又は一緒に充電される。

米国特許出願公開第２００９／２０８８２４号明細書は、互いに並列に接続された電気化学的な蓄電池セルの結合体を示している。セルは、バックブーストコントローラ（Ｂｕｃｋ−Ｂｏｏｓｔ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）として構成可能な各コントローラを有する。セルの充電状態が様々であることが検出された場合には、個々のセルから取得されるエネルギーが変更される。このようにして、様々なセルが長期間に渡って充電状態が異なっていることが回避される。

本発明の課題は、並列に接続された電気化学的な蓄電池の平衡化を改善することである。

上記の課題は、本発明に基づいて、電気化学的なエネルギー貯蔵器、及び、少なくとも１つのＵｎｉＢＢモジュールを用いて、電気化学的な蓄電池モジュールの複数の互いに並列に接続された線を平衡化する方法によって解決される。本方法は、第１の蓄電池モジュールの第１の充電状態を検出する工程を含む。さらに、第２の蓄電池モジュールの充電状態が検出される。第１の蓄電池モジュールと第２の蓄電池モジュールとは異なる線に配置されている。第２の蓄電池モジュールは、ＵｎｉＢＢモジュールとして構成され、第１の充電状態と第２の充電状態とを互いに調整するために電流源として駆動される。ＵｎｉＢＢモジュールが電流源として駆動されることで、第１の蓄電池モジュールと第２の蓄電池モジュールとの間で、制御された電荷移動が行われ、その際には、充電状態の違いが大きく及び／又は端子電圧の違いが大きいために、許容しえない高い循環電流が流れないであろう。

従属請求項によって、本発明の好適な発展形態が示される。

好適に、第１の蓄電池モジュールもＵｎｉＢＢモジュールであり、上記の平衡化の間、電圧源として駆動される。特に、電気化学的なエネルギー貯蔵器の内部の全ての他の蓄電池モジュールも、ＵｎｉＢＢモジュールとして構成される。この場合には、第２の蓄電池モジュールを除く全ての蓄電池モジュールが電圧源として駆動される。このようにして、電流源としての各蓄電池モジュールによる本発明に係る平衡化を制御することが可能である。

好適に、第２の充電状態は第１の充電状態よりも低い。換言すれば、充電状態がより低い蓄電池モジュールが電流源として接続される。充電状態がより低い蓄電池モジュールが、電流の流れを制御し、それによって自身のＳＯＣが上げられる。代替的に、第１の充電状態がより高くてもよく、従って、第１の蓄電池モジュールは、電流源として接続され、自身のＳＯＣを上げる。当然のことながら、電流源モードの蓄電池モジュールが自身のＳＯＣを下げるように、電流源モードで各蓄電池モジュールを駆動することも可能である。

例えば、第１の蓄電池モジュールは、「制御されている」、「制御されていない」、「バック（Ｂｕｃｋ）」、又は「ブースト（Ｂｏｏｓｔ）」という一群から成る第１の駆動モードで駆動されうる。対応して、第１の蓄電池モジュールとは異なる線に配置された第２の蓄電池モジュールは、同一の一群から成る第２の駆動モードで駆動され、その際に、第２の駆動モードは、好適に、第１の駆動モードと同一ではない。この状況によって、許容しえない駆動状態が回避され、特に、エネルギーコストの増大、及び、平衡化の際の消耗が回避される。

さらに好適に、第１の蓄電池モジュールは、制御されることなく駆動され、第２の蓄電池モジュールは、ブースト（Ｂｏｏｓｔ）‐電流源‐駆動モードで駆動されうる。代替的に、第１の蓄電池モジュールは、バック（Ｂｕｃｋ）‐充電モードで駆動され、第２の蓄電池モジュールは、電流源モードで駆動されうる。この状況は、異なる線に配置された蓄電池モジュールの２つの駆動状態の、好適な特に有利な組み合わせを示している。

さらに好適に、電気化学的なエネルギー貯蔵器の内部の複数の蓄電池モジュールは、更なる別の電気化学的な蓄電池モジュールを含む。この更なる別の電気化学的な蓄電池モジュールは、平衡化に関与しない線に属する場合はブロックモードに置かれ、平衡化に関与する線に属する場合はバイパスモードに置かれる。ここで、ブロックモードとは、電流回路の遮断を意味し、バイパスモードは、各蓄電池モジュールの外部短絡に相当し、従って、電流が支障なく各蓄電池モジュールに沿って流れうる。このようにして、平衡化に関与する線を簡単に効率良く選択することが可能である。

線ごとに蓄電池モジュールが１つだけ含まれる場合には、最高の充電状態を有する蓄電池モジュールが電圧源として駆動され、ブロックモードに置かれていない残りの電気化学的なモジュールが電流源モードで駆動されうる。しかしながら、線ごとに１つより蓄電池モジュールが含まれる（換言すれば、電気化学的なエネルギー貯蔵器内に直列に接続された蓄電池モジュールが存在する）場合には、最高の充電状態を有する蓄電池モジュールが電流源モードで駆動され、ブロックモード又はバイパスモードに置かれていない残りの電気化学的なモジュールが電圧源モードで駆動される。このようにして、可能な限り小さな電気損失で平衡化が行われうる。

さらに好適に、複数の電気化学的な蓄電池モジュールに印加される充電電流は、蓄電池モジュールの各充電状態に従って制御される。充電電流の制御は、好適に、蓄電池モジュールの所定の充電状態、特に完全な充電状態がほぼ同じ時点に実現されるように、行われる。このようにして、充電過程は時間的に最適化されて行われ、電力損失がさらに削減される。

さらに好適に、電気化学的なエネルギー貯蔵器の内部の電気化学的な蓄電池モジュールは、所定の最高電圧に達し次第、ブロックモードに置かれる。このことは、特に、電気化学的な蓄電池モジュールが、自身の線の唯一の蓄電池モジュールである場合に行われる。その線の第２のモジュールを充電する必要があり、第１の蓄電池モジュールがその所定の最高電圧に達している限りにおいて、完全に充電された電気化学的な蓄電池モジュールが、残りの蓄電池モジュールの充電過程を引き続き可能とするために、バイパスモードに置かれる。各線の最後のモジュールがその最高電圧に達した場合に初めて、残りの線での他の平衡化プロセスの間に不必要な電気損失を生じさせないために、少なくとも１つの蓄電池モジュールがブロックモードに置かれる。

当然のことながら、平衡化は、電気化学的なエネルギー貯蔵器の複数の電気化学的な蓄電池モジュールが駆動している最中にも行われうる。このために上記線は、ほぼ同じ充電状態となるために、上記線の各平均的な充電状態に従って、供給される総電流に寄与する。線単位での放電電流の制御は、特に損失が低減された本発明に係る平衡化のバリエーションとなりうる。なぜならば、平衡化のために、全てのモジュールがエネルギー取得（充電過程）又はエネルギー放出（放電過程）を実行し、その際に、平衡化のためにのみ電荷が移動することはない。

本発明の第２の観点によれば、電気化学的な蓄電池モジュールの複数の互いに並列に接続された線と、最初に挙げた本発明の観点に係る方法を実行するよう構成された処理ユニットと、を備える電気化学的なエネルギー貯蔵器が提案される。その際に、各線は、１つの電気化学的な蓄電池モジュール、又は、直列に接続された複数の電気化学的な蓄電池モジュールを含む。蓄電池モジュールは、最初に挙げた本発明の観点に応じて、全てがＵｎｉＢＢモジュールとして構成されてもよく、その動作形態は、上位の処理ユニットにより制御又は調整される。代替的な構成において、処理ユニットが、冒頭で挙げた本発明の観点に係る方法を実行又は調整することで（一時的に）マスタ機能を引き継ぐ電気化学的な蓄電池モジュールに含まれている。基本的に、各蓄電池モジュールが処理ユニットを備えることが可能であり、これにより各蓄電池モジュールは、上記のマスタ機能を引き継ぐよう構成される。本発明に係る電気化学的なエネルギー貯蔵器の機能形態は、最初に挙げた本発明の観点から明らかであり、従って、特徴、特徴の組み合わせ、及び効果の説明については、重複説明を避けるため上記の実施形態を参照されたい。

以下では、本発明の実施例が、添付の図面を参照して詳細に記載される。
本発明に基づき利用可能なＵｎｉＢＢモジュールの一実施例の回路図を示す。 本発明に基づき利用可能なＵｎｉＢＢモジュールの代替的な実施例の回路図を示す。 電気化学的な蓄電池モジュールを並行して駆動させるための概略的な回路図を示す。 並列に接続された電気化学的な蓄電池モジュールを放電させるための概略的な回路図を示す。 並列に接続された電気化学的な蓄電池モジュールを平衡化させるための概略的な回路図を示す。 他の駆動モードにある、並列に接続された電気化学的な蓄電池モジュールを平衡化させるための概略的な回路図を示す。 電気化学的な蓄電池モジュールの並列な線を駆動するための概略的な回路図を示す。 第１の駆動状態にある電気化学的な蓄電池モジュールの並列な線を平衡化させるための概略的な回路図を示す。 第２の駆動状態にある電気化学的な蓄電池モジュールの並列な線を平衡化させるための概略的な回路図を示す。 第３の駆動状態にある電気化学的な蓄電池モジュールの並列な線を平衡化させるための概略的な回路図を示す。 本発明に係る方法の一実施例の工程を示すフロー図を示す。

図１は、ＵｎｉＢＢモジュール１０の一実施例の回路図を示している。第１の端子１１及び第２の端子１２を介して、ＵｎｉＢＢモジュール１０は、他のＵｎｉＢＢモジュール１０と相互接続されて１つの線となるよう構成されている。第１の端子１１と第２の端子１２との間には、好適にＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）又はＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）として構成された４つの半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４が、対応するフリーホイールダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と共に配置されている。半導体スイッチＴ１〜Ｔ４は、各フリーホイールダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と共に、電気的な２端子回路ＺＰ１〜ＺＰ４として統合される。その際に、第１の２端子回路ＺＰ１の第１端子は、エネルギー貯蔵器７の正の端子と接続されている。第１の２端子回路ＺＰ１の第２の端子は、一方では第４の２端子回路ＺＰ４の第１の端子と接続され、他方ではインダクタＬを介して、第２の２端子回路ＺＰ２の第１の端子と接続され、及び、第３の２端子回路ＺＰ３の第２の端子と接続されている。第３の２端子回路Ｚ３の第１の端子は、ＵｎｉＢＢモジュール１０の第１の端子１１と接続されている。第１の端子１１には、キャパシタＣの第１の端子も接続されており、キャパシタＣの第２の端子は、第２の２端子回路ＺＰ２の第２の端子と接続されている。第２の２端子回路ＺＰ２又は第４の２端子回路ＺＰの第２の端子は、一方ではＵｎｉＢＢモジュール１０の第２の端子１２と接続され、他方では電気エネルギー貯蔵器７の第２の端子と接続されている。エネルギー貯蔵器７は、モジュール電圧Ｕ_Ｍを伝達する。示されるＵｎｉＢＢモジュール１０は、第１の端子では正極（プラス極）を有し、第２の端子では負極（マイナス極）を有する。半導体Ｔ１〜Ｔ４を駆動するための制御線は、分かり易さのために示されていない。電流センサについても同様のことが言える。電気エネルギー貯蔵器７は、この場合モジュール電圧Ｕ_Ｍを一緒に提供する１つ以上の電気化学的なセル又は他の電気エネルギー貯蔵ユニットから成る。ＵｎｉＢＢモジュール１０は、半導体スイッチＴ１〜Ｔ４がどのように操作されるかに従って、複数の様々な駆動状態となりうる。特に、バイパス、バック（Ｂｕｃｋ）モード又はブースト（Ｂｏｏｓｔ）モードにおける電圧源、バックモード又はブーストモードにおける電流源、充電回路、及び、逆流防止素子（Ｓｐｅｒｒｕｎｇ）が実現されうる。詳細については従来技術を参照されたい。

図２は、図１で示されたＵｎｉＢＢモジュール１０に対する代替的なＵｎｉＢＢモジュール１０を示している。図１で示された構成に対して、キャパシタＣ及びトランジスタＴ４が無くなっている（しかしながら、トランジスタＴ４のダイオードＤ４は存在する）。さらに、分かり易いように、蓄電池セル１が１つだけ含まれている。

図３は、構成１００の回路図を示しており、ここでは、並列に接続された蓄電池モジュール（個別には、Ｍ１、Ｍ２、Ｍｎで示されている）が、充電装置Ｌと消費機器Ｖとの間に配置されている。充電装置Ｌは、充電接触器ＳＬを介して、並列に接続されたモジュール１０に接続可能であり、消費機器Ｖは、消費機器接触器ＳＶを介して、並列に接続されたモジュール１０に接続可能である。矢印Ｐを介して、更なるモジュール１０がさらに追加されうることが示唆されている。モジュール１０は、その負の端子が、アースの方向に接続され、その正の端子が、共有の母線へと接続されている。以下で示す図との関連で、様々な切り替え状態について詳細に述べることにする。

図４は、充電装置接触器ＳＬが開放されているため充電装置Ｌが機能形態に対して影響を及ぼさず、従って示されていない状態の、図３に示した回路１００を示している。消費機器Ｖも、消費機器接触器ＳＶが開放されているため、モジュール１０とは接続されていない。示される構成は、例えば、電気で駆動する車両が充電ステーションに接続しておらず停止状態にある場合を表している。モジュールＭｎは完全な充電状態ＳＯＣＩを有するが、モジュールＭ１は、充電状態Ｉよりも低い第２の充電状態ＳＯＣＩＩを有する。電流Ｉ_Ｂを介して、モジュールＭ１、Ｍｎ間の平衡化が行われる。このために、モジュールＭ１は電圧源として駆動され、モジュールＭｎは電流源として駆動され、又は反対に、モジュールＭ１は電流源として駆動され、モジュールＭｎは電圧源として駆動される。双方の状況において、「制御されている」、「制御されていない」、「ブースト（Ｂｏｏｓｔ）」、「バック（Ｂｕｃｋ）」という一群から成る駆動状態の複数の組み合わせが可能である。例えば、モジュールＭ１が電圧源として駆動され、モジュールＭｎが電流源として駆動される際には、制御されていなくてもよい。なぜならば、モジュールＭｎは、その電圧がモジュールＭ１の端子電圧よりも高い必要があるため、ブースト（Ｂｏｏｓｔ）電流源モードで動作しなければならないからである。代替的に、モジュールＭ１がバック（Ｂｕｃｋ）充電モードで動作する（印加される電圧が、モジュールＭｎの端子電圧よりも低い）ということが可能である。その際には、モジュールＭｎは電流源モードで駆動される。実際には、発生する損失が最も小さい方法が利用される。変圧器の当業者には、対応する考察はありふれたものであり、より詳しい考察については関連する専門書を参照されたい。モジュールＭ２は、平衡化処理に関与しない線Ｓ０を形成する。モジュールＭ２は、Ｓ０を通る電流の流れが生じえないブロックモードに置かれる。換言すれば、アースと線Ｓ０内の母線２との間の電気接続が遮断される。２つより多いモジュール、例えば３つ以上のモジュールが平衡化の際に相互作用する場合には、ＳＯＣが最も高いモジュール（例えばモジュールＭｎ）が電圧源として動作し、充電すべきモジュール（モジュールＭ１、Ｍ２）が電流源モードで動作すると仮定される。或るモジュール内での内部の平衡化は、通常では、抵抗法（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｍｅｔｈｏｄｅ）によって行われる。即ち、高いＳＯＣを有するセル１の充電状態が、抵抗型負荷によって、より低いＳＯＣを有するセル１の状態に置かれる。この過程は、車両が停止状態になり次第、又は消費機器Ｖが消費機器接触器ＳＶを介してモジュール１０から分離され次第、周期的に行われる。従って、モジュール１０のＳＯＣも、当該モジュール１が上記の平衡化処理に加わっていない場合にも経時的に変化する。このような理由から、上記の形態で全てのモジュール１０を考慮した相互作用的な平衡化が必要である。

図５は、充電中に平衡化が行われる駆動状態での、図３に示された回路１００を示している。示される例では、ここでも、モジュールＭ１は、（より高いＳＯＣＩを有する）モジュールＭｎよりも低い充電状態ＳＯＣＩＩを有する。充電装置Ｌは電圧源として作用する。なぜならば、モジュールＭ１への充電電流Ｉ１が、モジュールＭｎへの充電電流Ｉｎよりも少し高いように、モジュール１０の充電電流調整が制御されるからである。充電電流Ｉ１、Ｉｎの適切な設定によって、双方のモジュール１０は同じ時間で完全に充電される。この原則は、全てのモジュール１０に当てはまる。ＳＯＣがより低いモジュール１０は、より高いモジュール１０よりも強く充電される。蓄電池セル１（例えば蓄電池）が最高電圧に達しているモジュールは、ブロックモードに置かれる。場合によっては、内部での（抵抗的な）平衡化が開始され、この内部での（抵抗的な）平衡化が終了した後で、モジュール１０全体が、そのＳＯＣを最大化するために、充電モードに再び移行することが可能である。簡単に言えば、消費機器接触器ＳＶが開放されており、従って、回路１００は純粋な充電状態にある。

図６は、放電中の平衡化処理における、図３に示された回路１００を示している。換言すれば、充電装置Ｌは、充電装置接触器ＳＬの開放によってモジュール１０から分離されており、消費機器Ｖは、閉鎖された消費機器接触器ＳＶによって、母線２を介してモジュール１０と接続されている。充電状態Ｉ、ＩＩは、比較すると、図４及び図５との関連で検討された状態に対応する。全てのモジュール１０が同じＳＯＣである際には、全てのモジュール１０での放電電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉｎが同じであることが望ましい。しかしながら、ＳＯＣが異なっている（充電状態Ｉ、ＩＩが異なっている）場合には、ＳＯＣがより高いモジュール１０がより強く放電され、ＳＯＣがより低いモジュール１０はより弱く放電されることが望ましい。このために図６では、Ｉ１はＩｎより小さくなければならない。モジュール１０はいずれにせよ電流源モードにあるため、このような制御が簡単に実行される。電流強度のための制御変数は、モジュール１０の各ＳＯＣである。充電装置Ｌは、充電装置接触器ＳＬが開放されているため平衡化には関与しておらず、従って、純粋な放電過程が示されている。

図７は、モジュール１０が、直列に接続された他のモジュール１０（個別には、Ｍ１−１〜Ｍ３−３で示される）と置換された場合の、図３に示された回路１００を示している。モジュールＭ１−Ｘは、第１の線Ｓ０１を形成する。モジュールＭ２−ｘは、第２の線Ｓ０２を形成する。
モジュールＭ３−ｘは、第３の線Ｓ０２を形成する。当然のことながら、現実的には、更なる別の並列の線が設けられうる。

図８は、停止状態での（充電が行われていない）平衡化の間の、図７に示されたエネルギー貯蔵器１００を示している。これは、示される電気化学的なエネルギー貯蔵器１００によって駆動される機械又は適用物（例えば、消費機器Ｖとしての車両又は乗用車（ＰＫＷ））が、充電装置Ｌが関与することなく、例えば充電接触器ＳＬ及び消費機器接触器ＳＶが開放されることで、停止している状態である。最も単純な実施形態では、異なる線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に存在する２つのモジュール１０のみが相互作用する。図８では例えば、モジュールＭ１‐２が、（より高いＳＯＣＩを有する）モジュールＭ２‐ｎよりも低いＳＯＣＩＩを有すると仮定される。最初に、線接触器ＳＳ１及びＳＳ２が閉鎖され、該当しないモジュールＭ３−１〜Ｍ３‐ｎは、例えば、線接触器ＳＳ３の閉鎖によりバイパスモードに置かれる。ＳＯＣＩ、ＳＯＣＩＩを平衡化するために、平衡化電流Ｉ_Ｂが、モジュールＭ２‐ｎからモジュールＭ１‐２の方向に流れる必要がある。従って、モジュールＭ１−２が電圧源として接続され、モジュールＭ２‐ｎが電流源として接続され、又は反対に、モジュールＭ１−２が電流源として接続され、モジュールＭ２‐ｎが電圧源として接続されうる。双方の場合に、「制御されている」、「制御されていない」、「バック（Ｂｕｃｋ）」、「ブースト（Ｂｏｏｓｔ）」の一群から成る駆動状態の複数の組み合わせが可能である。例えば、モジュールＭ１‐２が電圧源として駆動される際には、モジュールＭ１−２は制御されていなくてもよい。その場合には、モジュールＭ２−ｎが、自身の電圧がモジュールＭ１‐２の端子電圧よりも高い必要があるため、ブースト（Ｂｏｏｓｔ）電流源モードで動作する必要がある。代替的に、モジュールＭ１−２がバック（Ｂｕｃｋ）充電モードで動作し（その際、印加される電圧は、モジュールＭ１−２の蓄電池セル１の端子電圧よりも低い）、モジュールＭ２−ｎが電流源モードで動作するということも可能である。実際には、生じる損失が最も小さい方法が利用される。該当しないモジュール１０は、各線を通る電流の流れを支障なく許容するバイパスモードに置かれる。２つより多いモジュール、例えば３つ（以上）のモジュール１０が相互作用する場合には、ＳＯＣが最も高いモジュールが電流源として動作し、充電されるモジュールが電圧源モードで動作することが仮定される。よりＳＯＣが高いモジュール１０は、ＳＯＣがより低い２つのモジュール１０とは異なる線に存在する必要があり、このＳＯＣがより低い２つのモジュール１０は、同じ線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に直列で存在している必要がある。その充電状態に関して平衡化されるモジュール１０が同じ線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に存在し、例えば、より低いＳＯＣＩＩを有するモジュールＭ１−２と、より高いＳＯＣＩを有するモジュールＭ１−ｎと、が同じ線に存在する場合には、該当するモジュールの間での直接的な平衡化は可能ではない。最初に、隣の線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のモジュール１０、例えばモジュールＭ３−１が、より弱いモジュールＭ１−２のための充電源として利用される必要がある。続いて、モジュールＭ３−１は、より強いモジュールＭ１−ｎによって再び充電されうる。この中間工程を介して、同じ線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の２つの任意のモジュール１０を、その充電状態ＳＯＣに関して平衡化することが可能である。モジュール１０の内部の平衡化は、通常では抵抗法によって行われる。即ち、高いＳＯＣを有するセル１の充電状態が、抵抗型負荷によって、より低いＳＯＣを有するセル１の状態に置かれる。この過程は、車両が停止状態になり次第、又は消費機器Ｖ及び充電装置Ｌがモジュール１０に接続されなくなり次第、周期的に行われる。従って、モジュール１０のＳＯＣも、当該モジュール１０が上記の平衡化処理に加わっていない場合にも経時的に変化する。このような理由から、上記の形態で全てのモジュール１０を考慮した相互作用的な平衡化が必要である。

図９は、充電過程の最中の平衡化の間の、図７との関連で紹介された回路１００を示している。例えば、モジュールＭ１−２は、（より高いＳＯＣＩを有する）モジュールＭ２−ｎよりも低い充電状態ＳＯＣＩＩを有する。充電装置Ｌは電圧源として作用し、線Ｓ１、Ｓ２への充電電流調整は、第１の線Ｓ１の充電電流Ｉ１が第２の線Ｓ２の充電電流Ｉ２よりも少し高いように、制御される。２つのモジュールＭ１−２、Ｍ２−ｎは、このようにして、同じ時間で完全に充電される。より低いＳＯＣＩＩを有する線Ｓ１は、より高いＳＯＣＩを有する線Ｓ２よりも強く充電される。蓄電池セル１（例えば蓄電池）が最高電圧に達しているモジュールは、バイパスモードに置かれる。この場合には、電流Ｉ３が支障なくモジュールＭ３−１〜Ｍ３−ｎに沿って案内される。線の最後のモジュール１０が完全に充電された場合には、全てのモジュール１０がブロックモードに置かれ、又は、対応する線接触器ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３が開放される。

図１０は、放電の最中の平衡化の間の、図７との関連で紹介された回路１００を示している。全ての線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のＳＯＣが同じである場合には、全ての線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の放電電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３が同じであることが望ましい。しかしながら、ＳＯＣＩとＳＯＣＩＩとが異なっている場合には、図１０で示されるように、より高い平均的なＳＯＣＩを有する線Ｓ２がより強く放電され、より低い平均的なＳＯＣＩＩを有する線Ｓ１がより弱く放電されることが望ましい。その場合、図１０ではＩ１＜Ｉ２となるであろう。線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は放電の最中で電流源モードにあるため、このような制御が簡単に実行される。その際に、制御変数は、線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の平均的なＳＯＣである。消費機器Ｖの電力要求が許容する場合には、弱いモジュールＭ１−２が一時的に丸ごとバイパスモードに置かれる。その場合に、弱いモジュールＭ１−２の役割は、同じ線Ｓ１のブーストモードにある、より高いＳＯＣを有するモジュールが引き継ぐことが可能である。このような仕組みによって、線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の中でのモジュール平衡化が行われる。

図１１は、本発明に係る方法の一実施例の工程を示すフロー図を示している。工程Ｓ１００では、第１の蓄電池モジュール１０の第１の充電状態が検出される。工程Ｓ２００では、第２の蓄電池モジュール１０の第２の充電状態が検出される。第２の蓄電池モジュール１０は、ＵｎｉＢＢモジュールである。この第２の蓄電池モジュール１０は、工程Ｓ３００において、第１の充電状態ＳＯＣＩと第２の充電状態ＳＯＣＩＩを互いに調整するために、電流源として駆動される。換言すれば、ＵｎｉＢＢモジュールが電流源として駆動されることによって、第１の蓄電池モジュール１０と第２の蓄電池モジュール１０との間の平衡化が実行される。

本発明に係る観点及び有利な実施形態を、添付の図面と関連して解説される実施例を用いて詳細に記載してきたが、当業者にとっては、その保護範囲が添付の請求項により定義される本発明の範囲を逸脱することなく、提示された実施例の特徴の変更及び組み合わせが可能である。

好適に、第２の充電状態は第１の充電状態よりも低い。換言すれば、充電状態がより低い蓄電池モジュールが電流源として接続される。充電状態がより低い蓄電池モジュールが、電流の流れを制御し、それによって自身のＳＯＣが上げられる。代替的に、第１の充電状態がより低くてもよく、従って、第１の蓄電池モジュールは、電流源として接続され、自身のＳＯＣを上げる。当然のことながら、電流源モードの蓄電池モジュールが自身のＳＯＣを下げるように、電流源モードで各蓄電池モジュールを駆動することも可能である。

図３は、構成１００の回路図を示しており、ここでは、並列に接続された蓄電池モジュール（個別には、Ｍ１、Ｍ２、Ｍｎで示されている）が、充電装置Ｌと消費機器Ｖとの間に配置されている。充電装置Ｌは、充電接触器ＳＬを介して、並列に接続されたモジュール１０に接続可能であり、消費機器Ｖは、消費機器接触器ＳＶを介して、並列に接続されたモジュール１０に接続可能である。矢印Ｐを介して、更なるモジュール１０がさらに追加されうることが示唆されている。モジュール１０は、その負の端子が、アースと接続され、その正の端子が、共有の母線へと接続されている。以下で示す図との関連で、様々な切り替え状態について詳細に述べることにする。

Claims (11)

1. 少なくとも１つのＵｎｉＢＢモジュールを用いて、電気化学的な蓄電池モジュール（１０）の複数の互いに並列に接続された線を平衡化する方法であって、以下の工程、即ち、
   ‐第１の蓄電池モジュール（Ｍ１）の第１の充電状態（Ｉ）を検出する工程（Ｓ１００）と、
   ‐第２の蓄電池モジュール（Ｍ２）の第２の充電状態（ＩＩ）を検出する工程（Ｓ２００）であって、前記第２の蓄電池モジュール（Ｍ２）はＵｎｉＢＢモジュールである、前記検出する工程（Ｓ２００）と、
   ‐前記第１の充電状態（Ｉ）と前記第２の充電状態（ＩＩ）とを互いに調整するために、前記第２の蓄電池モジュール（Ｍ２）を電流源として駆動する工程（Ｓ３００）と、
   を含む、方法。
2. 前記第１の蓄電池モジュール（Ｍ１）もＵｎｉＢＢモジュール（Ｍ）であり、前記平衡化の間電圧源として駆動され、特に全ての蓄電池モジュール（Ｍ１、Ｍ２、Ｍｎ）がＵｎｉＢＢモジュール（Ｍ）であり、前記平衡化の間電圧源として駆動される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の充電状態（ＩＩ）は、前記第１の充電状態（Ｉ）よりも低い、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第１の蓄電池モジュール（Ｍ１）は、「制御されている」、「制御されていない」、「バック（ｂｕｃｋ）」、「ブースト（ｂｏｏｓｔ）」という一群から成る第１の駆動モードで駆動され、
   前記第２の蓄電池モジュール（Ｍ２）は、「制御されている」、「制御されていない」、「バック（ｂｕｃｋ）」、「ブースト（ｂｏｏｓｔ）」という一群から成る第２の駆動モードで駆動される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記第１の蓄電池モジュール（Ｍ１）は、制御されることなく駆動され、前記第２の蓄電池モジュール（Ｍ２）は、ブースト（Ｂｏｏｓｔ）‐電流源‐駆動モードで駆動され、又は、前記第１の蓄電池モジュール（Ｍ１）は、バック（Ｂｕｃｋ）‐充電モードで駆動され、前記第２の蓄電池モジュール（Ｍ２）は、電流源モードで駆動される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記複数の蓄電池モジュール（Ｍ１、Ｍ２、Ｍｎ）は、更なる別の電気化学的な蓄電池モジュールを含み、前記更なる別の電気化学的な蓄電池モジュールは、平衡化に関与しない線（Ｓ０）に属する場合はブロックモードに置かれ、及び／又は、平衡化に関与する線（Ｓ１、Ｓ３）に属する場合はバイパスモードに置かれる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. ‐線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）ごとに蓄電池モジュール（Ｍ１、Ｍ２、Ｍｎ）が１つだけ含まれる場合には、最高の充電状態（Ｉ）を有する蓄電池モジュール（Ｍ１、Ｍ２、Ｍｎ）が電圧源として駆動され、ブロックモードに置かれていない残りの前記電気化学的なモジュールが電流源モードで駆動され、
   ‐線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）ごとに１つより多い蓄電池モジュール（Ｍ１、Ｍ２、Ｍｎ）が含まれる場合には、最高の充電状態（Ｉ）を有する蓄電池モジュール（Ｍ１、Ｍ２、Ｍｎ）が電流源モードで駆動され、ブロックモード又はバイパスモードに置かれていない残りの前記電気化学的なモジュールは、電圧源モードで駆動される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記複数の電気化学的な蓄電池モジュール（１０）に印加される充電電流は、前記蓄電池モジュール（１０）の各充電状態に従って制御されるため、前記蓄電池モジュールの特に所定の充電状態、特に完全な充電状態が、ほぼ同じ時点に実現される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 所定の最大電圧に達した電気化学的な蓄電池モジュール（１０）は、ブロックモードに置かれる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）は、ほぼ同じ充電状態となるために、前記線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の各平均的な充電状態に従って、前記複数の電気化学的な蓄電池モジュール（１０）の供給される総電流に寄与する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. ‐電気化学的な蓄電池モジュール（Ｍ１、Ｍ２、Ｍｎ）の複数の互いに並列に接続された線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と、
    ‐請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法を実行するよう構成された処理ユニットと、
    を備える、電気化学的なエネルギー貯蔵器（１００）。

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