JP2021534720A - 電池パック用の強化された電池管理システム - 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16/101,045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)
- セルグループをバランシングするための方法であって、
電池管理システムにより、アプリケーションプログラミングインタフェース(API)を介して、バランシングプロファイルを受信するステップと、
前記電池管理システムにより、前記受信されたバランシングプロファイルに基づいて、複数のセルグループストリングコントローラを制御するステップと、
前記複数のセルグループストリングコントローラにより、前記セルグループをバランシングするように複数のセルグループバランシングコントローラを制御するステップと、
を含む、方法。 - 前記バランシングプロファイルは、エネルギー管理システムから受信された、ユーザが選択したバランシングプロファイルである、請求項1に記載の方法。
- 前記バランシングプロファイルは、前記バランシングプロファイルが複数の利用可能な事前定義されたバランシングプロファイルのライブラリから選択された後、前記電池管理システムによって受信される、請求項1に記載の方法。
- 前記複数の利用可能な事前定義されたバランシングプロファイルは、
前記セルグループ間の電圧差が最小化されない、バランシングなしプロファイルと、
前記セルグループ間の電圧差が、前記平均セルグループ電圧の周りのバランシングデッドバンド外の電圧のセルグループを充電または放電することによって、電池充電状態(SOC)値に関係なく最小化される、基本バランシングプロファイルと、
セルグループを最低電圧で充電することによって前記電池SOC値を最大化するようにセルグループ間のセル電圧差が管理され、高充電閾値を超える電圧のセルグループのみが放電される、完全充電最適化プロファイルと、
セルグループを最高電圧で放電することによって前記電池SOC値を最小化するようにセルグループ間の電圧差が管理され、低充電閾値を下回る電圧のセルグループのみが充電される、完全放電最適化プロファイルと、
充電デッドバンド外の電圧のセルグループを充電または放電することによって電池のSOC値を増加させるようにセルグループ間の電圧差が管理され、セルグループの電圧が前記高充電閾値に近づくにつれ、前記電圧充電デッドバンドが減少する、充電プロファイルと、
放電デッドバンド外の電圧でセルグループを充電または放電することによってセルグループのSOC値を減少させるようにセルグループ間の電圧差が管理され、セルグループの電圧が前記低充電閾値に近づくと、前記放電デッドバンドが減少する、放電プロファイルと、
前記セルグループの充電および放電を最小化するようにセルグループ間の電圧差が管理され、前記セルグループ電圧は前記高充電閾値または前記低充電閾値に近づいていない、高効率プロファイルと、
のうちの2つ以上を含む、請求項3に記載の方法。 - 前記複数の利用可能な事前定義されたバランシングプロファイルのライブラリは、前記電池のユースケースに基づいて、セルグループ間の電圧差を管理するために定義された1つ以上の追加のバランシングプロファイルをさらに含む、請求項4に記載の方法。
- 前記バランシングプロファイルは、デッドバンド値に基づいて前記セルグループをバランシングするための基本バランシングプロファイルを含み、
前記基本バランシングプロファイルに基づいて前記複数のバランシングコントローラを制御するステップは、
前記デッドバンド値外の電圧を持つセルグループのサブセットを識別することと、
前記セルグループのサブセットに対して、あるセルグループを前記セルグループの平均電圧との電圧差が最も大きいものとして決定することと、
前記セルグループの前記平均電圧との電圧差が最も大きい前記セルグループを充電または放電することと、を含む、請求項5に記載の方法。 - 前記バランシングプロファイルは、セルグループ電圧をバランスアップするために前記完全充電最適化プロファイルを含み、高充電閾値を上回る電圧のセルグループのみがバランスダウンされ、低充電デッドハンドを下回る電圧のセルグループがバランスアップされる、請求項1に記載の方法。
- 前記バランシングプロファイルは、セルグループ電圧をバランスダウンするために前記完全放電最適化プロファイルを含み、低充電閾値を下回る電圧のセルグループのみがバランスアップされ、前記高放電デッドバンドを上回る電圧のセルグループのみがバランスダウンされる、請求項1に記載の方法。
- 前記バランシングプロファイルは、デッドバンド外の電圧でセルグループを充電または放電することにより、セルグループ電圧をターゲット電圧にバランスアップまたはバランスダウンするための充電プロファイルまたは放電プロファイルを含み、セルグループ電圧が高充電閾値または低充電閾値に近づくにつれ、前記デッドバンドが減少する、請求項1に記載の方法。
- 前記セルグループの充電および放電を最小化することにより、セルグループ電圧をターゲット電圧にバランスをとるための高効率プロファイルを含み、前記セルグループ電圧は高充電閾値または低充電閾値に近づいていない、請求項1に記載の方法。
- セルグループバランシングシステムであって、
複数のセルグループと、
エネルギー管理システムであって、
グラフィカルユーザインタフェースを介してユーザ選択可能なバランシングアプリケーションのメニューを提示し、
前記グラフィカルユーザインタフェースを介してユーザが選択したバランシングアプリケーションを受信し、
アプリケーションプログラミングインタフェース(API)を介して、前記ユーザが選択したバランシングアプリケーションに基づいて、前記複数のセルグループをバランシングするための命令を送信するように構成された、エネルギー管理システムと、
を備える、セルグループバランシングシステム。 - 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が異なるセルグループのために構成される、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、各セルグループコントローラが前記複数のセルグループコントローラの異なるサブセットを制御するように動作可能である、複数のバランシングコントローラと、をさらに備え、
前記APIは、前記複数のセルグループをバランシングするための前記命令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た、請求項1に記載のシステム。 - 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が異なるセルグループのために構成される、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、各セルグループコントローラが前記複数のセルグループコントローラの異なるサブセットを制御するように動作可能である、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が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、をさらに備え、
前記APIは、前記複数のセルグループをバランシングするための命令を前記複数のストリングコントローラに送信するように構成された、請求項1に記載のシステム。 - 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が異なるセルグループのために構成される、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、各セルグループコントローラが前記複数のセルグループコントローラの異なるサブセットを制御するように動作可能である、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が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ように構成された電池管理システムと、をさらに備え、
前記APIは、前記複数のセルグループをバランシングするための命令を前記電池管理システムに送信するように構成された、請求項1に記載のシステム。 - 前記APIは、Modbus、CANbus、DNP3またはウェブサービスインタフェースを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記APIは、
前記ユーザが選択したバランシングアプリケーションを起動し、
現在のバランシング設定を報告し、
現在のセルグループの状態を報告するように動作可能な情報を送信するように構成された、請求項1に記載のシステム。 - 前記ユーザが選択したバランシングアプリケーションは、現在のバランシング状態を報告するように構成された、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のセルグループをバランシングするための前記命令は、時刻、日付、および前記複数のセルグループのサブセットにさらに基づいている、請求項1に記載のシステム。
- セルグループをバランシングするための方法であって、
バランシングアプリケーションのライグラリからのユーザ選択に基づいて、バランシングアプリケーションを受信するステップと、
前記バランシングアプリケーションに基づいてバランシング命令を生成するステップと、
前記セルグループをバランシングするために、アプリケーションプログラミングインタフェース(API)を介して、前記バランシング命令を送信するステップと、
前記バランシング命令に基づいて、低レベルセルグループ制御を介して前記セルグループをバランシングするステップと、を含む方法。 - 前記バランシングアプリケーションのライブラリは、前記セルグループの異なるユースケースのために構成された、複数の利用可能な事前定義されたバランシングアプリケーションを含む、請求項19に記載の方法。
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