JP2021534719A - 電池パック用の強化されたスイッチドバランシングネットワーク - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年8月10日に出願された米国仮特許出願第16/101,032号の優先権を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。
以下に開示されるのは、電池セルバランシングシステムおよび電池セルバランシング手段を実施するための方法、装置、およびシステムの代表的な実施形態である。開示される方法、装置、およびシステムは、いかなる方法でも限定的であると解釈されるべきではない。代わりに、本開示は、単独で、または互いに様々な組み合わせおよび部分的な組み合わせで、様々な開示される実施形態のすべての新規で非自明な特徴および態様を焦点としている。さらに、開示される実施形態の任意の特徴または態様は、互いに様々な組み合わせおよび部分的な組み合わせで使用することができる。たとえば、1つの実施形態からの1つ以上のシステムコンポーネントまたは方法行為は、別の実施形態からの1つ以上のシステムコンポーネントまたは方法行為とともに使用され得、逆もまた同様である。開示される方法、装置、およびシステムは、特定の態様、特徴、またはそれらの組み合わせに限定されず、開示される実施形態は、任意の1つ以上の特定の利点が存在すること、または問題が解決されることを必要としない。
1つ以上の本実施形態は、異なるユースケースの必要に応じて、電池容量のより効率的な使用を提供する電池セルバランシングシステムおよび手段を提供する。たとえば、バランシング手段に従って、ターゲットとなる電池セルのパッシブおよびアクティブバランシングをサポートするために、バランシング回路が提供される。さらに、バランシング回路は、アプリケーションのユースケースのために電池セルが集合的に充電または放電されている間にバランシングを実行することを可能にする。
以下で論じられる実施形態は、複数の電池セルまたは電池セルグループのバランスをとるためのバランシング回路を提供および/または利用する。たとえば、バランシング回路は、バランシング専用の回路として提供され得る。バランシング回路を使用して1つ以上のバランシング手段を実装でき、ユースケースアプリケーションに合わせて特別に調整されたバランシング手段を選択できる。たとえば、パッシブバランシングとターゲット充電の組み合わせを使用して、複数の電池セルまたは電池セルグループを充電および/または放電バランスすることができる。選択したバランシング手段を実装することで、電池セルの安全性と寿命を向上させながら、電池セルがユースケースアプリケーションの要件をより効率的かつ効果的に満たすことが可能になる。
図1は、本明細書に記載の1つ以上のアプローチを実施することができる例示的なバランシング回路を示す概略ブロック図である。バランシング回路は、異なるユースケースの必要に応じてより効率的な電池使用を提供するためのバランシング手段を実施するように構成されたより大きな電池セルバランシングシステムに実装され得る。たとえば、ユースケースによっては、単一の電池セルがパッシブおよびアクティブバランシングの対象となる場合がある。さらに、電池セルが使用されている間(たとえば、電池セルが充電または放電されている間)、ターゲット化されたパッシブおよびアクティブバランシングが提供され得る。
上で論じたように、静的な単一のバランシング手段を有する代わりに、1つ以上の本実施形態は、本ユースケースの要件に一致するように選択および実装される複数のバランシングアプリケーションを提供する。バランシングアプリケーションは、前述のバランシング回路を特定のユースケースに合わせて調整し、パッシブおよびアクティブバランシング手段を採用して、電池セルの安全性と寿命を向上させながら、ユースケースの要件をより効率的かつ効果的に満たすように選択される。
開示された発明の原理が適用され得る多くの可能な実施形態を考慮して、例示された実施形態は本発明の好ましい例にすぎず、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではないことを認識されたい。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定義される。したがって、私たちは、これらの主張の範囲と精神に含まれるすべてのものを発明として主張する。
Claims (20)
- バランシング回路であって、
充電バランシングリレーを介して前記バランシング回路に結合された電圧源と、
放電バランシングリレーを介して前記バランシング回路に結合された負荷と、
複数のセルグループコントローラであって、それぞれが、複数のセルグループのうちの1つを、複数のセルグループバランシングリレーのうちの1つを介して前記バランシング回路に結合するように構成された複数のセルグループコントローラと、
前記充電バランシングリレー、前記放電バランシングリレー、および前記複数のセルコントローラを制御することによって前記複数のセルグループのバランスをとるように構成されたバランシングコントローラと、を含む、バランシング回路。 - 前記バランシングコントローラは、前記複数のセルグループコントローラから受信されたデータを集約するように構成される、請求項1に記載のバランシング回路。
- 前記バランシングコントローラは、前記複数のセルグループコントローラから受信された集約データに基づいて前記複数のセルグループのバランスをとるように構成される、請求項1に記載のバランシング回路。
- 前記バランシングコントローラは、外部構成に基づいて前記複数のセルグループのバランスをとるように構成される、請求項1に記載のバランシング回路。
- 前記外部構成は、放電バランシング構成、充電バランシング構成、またはバランシングなし構成を含む、請求項4に記載のバランシング回路。
- 前記充電バランシング構成は、
前記充電バランシングリレーセットが開いていること、
前記放電バランシングリレーセットが閉じていること、および
前記セルバランシングリレーの1つが閉じていること、を含み、
前記充電バランシング構成は、
前記充電バランシングリレーセットが閉じていること、
前記放電バランシングリレーセットが開いていること、および
前記セルバランシングリレーの1つが閉じていること、を含み、
前記バランシングなし構成は、
前記充電バランシングリレーセットが開いていること、
前記放電バランシングリレーセットが開いていること、および
前記複数の前記セルバランシングリレーセットは開いていること、を含む、請求項4に記載のバランシング回路。 - 前記複数のセルグループコントローラのそれぞれは、前記複数のセルグループのうちの1つの電圧および温度を測定するように構成される、請求項1に記載のバランシング回路。
- 前記複数のセルグループコントローラのそれぞれは、前記測定された電圧および温度を前記バランシングコントローラに送信するように構成される、請求項7に記載のバランシング回路。
- 前記バランシングコントローラは、前記複数のセルグループコントローラのそれぞれから受信された前記測定された電圧および温度に基づいて前記複数のセルグループのバランスをとるように構成される、請求項8に記載のバランシング回路。
- バランシング回路であって、
複数のセルグループスタックであって、各スタックは、
複数のセルグループと、
複数のバランシングコントローラであって、各バランシングコントローラは、前記複数のセルグループの異なるサブセットをバランシングするための異なる回路を制御するように構成される、複数のバランシングコントローラと、を含む、複数のセルグループスタックと、
複数のスタックコントローラであって、各スタックコントローラは、前記複数のバランシングコントローラの異なるサブセットを制御するように構成される、複数のスタックコントローラと、を含む、バランシング回路。 - 前記複数のスタックに電力を供給するように構成された動力源をさらに含み、
電池管理システム(BMS)は、前記複数のスタックコントローラを制御することによって前記複数のセルグループへの電力分配を制御するように構成され、
エネルギー管理システム(EMS)は、前記動力源による電力供給を制御するように構成される、請求項10に記載のバランシング回路。 - 前記複数のスタックコントローラのそれぞれは、前記BMSから受信されたバランシングモードに基づいて動作するように構成され、前記バランシングモードは、前記複数のセルグループの電圧を等しくするためのターゲット電圧モードを含む、請求項11に記載のバランシング回路。
- 前記ターゲット電圧モードは、
前記複数のセルグループの平均電圧に設定されたターゲット電圧まで、1つ以上のセルグループを充電、放電、または充電および放電するように構成された平均モード、または、
前記複数のセルグループの固定電圧として設定されたターゲット電圧まで、1つ以上のセルグループを充電、放電、または充電および放電するように構成された固定ターゲット電圧モードを含む、請求項12に記載のバランシング回路。 - 前記ターゲット電圧モードは、
前記複数のセルグループの最低電圧に設定されたターゲット電圧まで、1つ以上のセルグループを充電、放電、または充電および放電するように構成された低ターゲット電圧モード、または、前記複数のセルグループの最高電圧に設定されたターゲット電圧まで、1つ以上のセルグループを充電、放電、または充電および放電するように構成された高ターゲット電圧モードを含む、請求項12に記載のバランシング回路。 - 前記バランシングモードは、ターゲット電圧よりも低い閾値未満の電圧を持つセルグループを無視するように構成された充電電圧デッドハンドを含む、請求項12に記載のバランシング回路。
- 前記バランシングモードは、ターゲット電圧を超える閾値を超える電圧を持つセルグループを無視するように構成された放電電圧デッドハンドを含む、請求項12に記載のバランシング回路。
- バランシング回路であって、
複数のセルグループと、
複数のセルグループコントローラであって、各セルグループコントローラは、異なるセルグループを前記バランシング回路に結合するための複数のセルバランスリレーのうちの異なる1つを制御するように構成される、複数のセルグループコントローラと、
複数のバランシングコントローラであって、各バランシングコントローラは、前記複数のセルグループの異なるサブセットの充電および放電を制御するように構成される、複数のバランシングコントローラと、
複数のストリングコントローラであって、各ストリングコントローラは、前記複数のバランシングコントローラの異なるサブセットを制御するように構成される、複数のストリングコントローラと、
前記複数のストリングコントローラを制御することにより、前記バランシング回路内の電力分配を制御するように構成された電池管理システムと、を含む、バランシング回路。 - 前記バランシング回路への電力供給を制御するように構成されたエネルギー管理システムをさらに含む、請求項17に記載のバランシング回路。
- 前記バランシングコントローラのそれぞれは、
前記複数のセルグループのうちの1つをターゲット電圧まで充電するための充電バランシング状態、前記複数のセルグループのうちの1つをターゲット電圧まで放電するための放電バランシング状態、および、
前記複数のセルグループのサブセットを前記バランシング回路から切り離すためのバランシングなし状態を含む複数の状態で動作するように構成され、
前記バランシングコントローラは、異なるセルグループを充電または放電する前に、前記バランスなし状態に遷移するように構成される、請求項17に記載のバランシング回路。 - 前記バランシング回路は、前記複数のセルグループコントローラ、前記複数のバランシングコントローラ、および前記複数のストリングコントローラを介して、前記複数のセルグループのうちの特定のセルグループを充電または放電するように構成される、請求項17に記載のバランシング回路。
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