JP2022126624A - 自動低電圧充電をサポートする電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】少なくとも1つの電力装置に結合される電池端子、エネルギーを貯蔵する1つ以上の電池セル及び電池管理システムを備えた電池モジュール、電池モジュールを組み立てる方法並びに非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。【解決手段】エネルギー貯蔵装置104aにおいて、BMSパワーモジュール202及びBMS制御モジュール204を有する電池管理システムは、少なくとも1つの電力装置と動作するためのコマンドを受信したかを判断するように、第1電力装置と動作するためのコマンドを受信していないという判断に応答して、1つ以上の電池セルを第1電力装置から得られる電力で第1充電状態に充電するように、また、第2電力装置と動作するためのコマンドを受信したという判断に応答して1つ以上の電池セルを第2電力装置から得られる電力で第2充電状態に充電する。第2充電状態は、第1充電状態よりも大きい。【選択図】図2
Description
本出願は、2021年2月18日に出願された「自動低電圧充電をサポートする電池モジュール」と題する米国仮特許出願シリアル番号63/150,842号の優先権を合衆国法典第35巻第119条(e)の下で主張するものであり、その内容全体を、ここに参照のために取り込む。
本開示による少なくとも1つの例は、概して、エネルギー貯蔵装置に関する。
無停電電力装置(UPS)などの電力装置を使用して、コンピュータシステム及びその他のデータ処理システムなど、センシティブな及び/又は重要な負荷に対する調整された途切れのない電力を供給する場合がある。既存のUPSには、オンラインUPS、オフラインUPS、ラインインタラクティブUPS、及びその他が含まれる。UPSは、負荷に出力電力を供給する場合がある。出力電力は、ユーティリティ主電源などの主要な電源、及び/又はエネルギー貯蔵装置などのバックアップ電源から得る場合がある。
本開示の少なくとも1つの態様によれば、少なくとも1つの電力装置に結合されるように構成された電池端子、エネルギーを貯蔵するように構成された1つ以上の電池セル、及び電池管理システムを備えた電池モジュールが提供される。前記電池管理システムは、前記少なくとも1つの電力装置と動作するためのコマンドを受信したかどうかを判断するように、第1電力装置と動作するためのコマンドを受信していないという判断に応答して前記1つ以上の電池セルを前記第1電力装置から得られる電力で第1充電状態に充電するように、及び、第2電力装置と動作するためのコマンドを受信したという判断に応答して前記1つ以上の電池セルを前記第2電力装置から得られる電力で第2充電状態に充電するように構成される、なお、前記第2充電状態は前記第1充電状態よりも大きい。
いくつかの例では、前記第2電力装置と動作するための前記コマンドは、前記第2電力装置から受信されて、通常の動作モードに入るコマンドを含む。様々な例において、前記電池管理システムはさらに、前記通常の動作モードに入るためのコマンドの受信に応答して前記通常の動作モードに入るように、及び前記通常の動作モードで前記第2電力装置に電力を放電するように前記1つ以上の電池セルを制御するように構成される。少なくとも1つの例では、前記電池管理システムは、スリープ動作モードになるように前記電池モジュールを制御するように、及び、前記スリープ動作モードで前記少なくとも1つの電力装置からウェイクアップ信号を受信するように構成される、ここで、前記電池管理システムは、前記ウェイクアップ信号の受信に応答して、前記少なくとも1つの電力装置と動作するためのコマンドを受信したかどうかを判断するように構成される。
いくつかの例では、前記電池管理システムはさらに、前記少なくとも1つの電力装置から前記ウェイクアップ信号を受信することに応答して、前記電池端子間で前記少なくとも1つの電力装置によって提供される電圧が許容可能な電圧範囲内であるかどうかを判断するように構成される。様々な例において、前記電池管理システムは、前記電池端子間で前記少なくとも1つの電力装置によって提供される電圧が許容可能な電圧範囲の間にないという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを充電しないことを判断するように構成される。少なくとも1つの例では、前記電池管理システムはさらに、前記電池端子間で前記第1電力装置によって提供される電圧を判断し、前記電池端子間で前記第1電力装置によって提供される電圧が許容可能な電圧範囲内にないという判断に応答して、前記1つ以上の電池を前記第1充電状態に充電することを中止するように構成される。
いくつかの例では、前記電池管理システムはさらに、前記電池端子間で前記第1電力装置によって提供される電圧が許容可能な電圧範囲内にないという判断に応答して、前記スリープ動作モードに入るように前記電池モジュールを制御するように構成される。様々な例において、前記電池管理システムはさらに、前記少なくとも1つの電力装置からウェイクアップ信号を受信することに応答して前記1つ以上の電池セルの現在の充電状態を判断するように、前記第1電力装置と動作するためのコマンドを受信していないという判断に応答して前記1つ以上の電池セルの現在の充電状態が前記第1充電状態を超えているかどうかを判断するように、及び、前記1つ以上の電池セルの現在の充電状態が前記第1充電状態を超えているという判断に応答して前記1つ以上の電池セルを充電しないことを判断するように構成される。少なくとも1つの例では、前記電池管理システムはさらに、前記1つ以上の電池セルの現在の充電状態が前記第1充電状態を超えていると判断した後で、前記1つ以上の電池セルの充電状態が第3充電状態を下回っているどうかを判断し、前記1つ以上の電池セルの充電状態が前記第3充電状態を下回っているという判断に応答して、前記電池モジュールをスリープ動作モードにするように制御するように構成される。
本開示の様々な例によれば、少なくとも1つの電力装置に結合されるように構成された電池端子と、エネルギーを貯蔵するように構成された1つ以上の電池セルとを備えた電池モジュールを操作するためのコンピュータ実行可能コマンドのシーケンスを格納する非一時的コンピュータ可読媒体を提供する、なお、前記コンピュータ実行可能コマンドのシーケンスは、前記少なくとも1つの電力装置と動作するためのコマンドを受信したかどうかを判断すること、第1電力装置と動作するためのコマンドを受信していないという判断に応答して前記1つ以上の電池セルを前記第1電力装置から得られる電力で第1充電状態に充電すること、及び、第2電力装置と動作するためのコマンドを受信したという判断に応答して前記1つ以上の電池セルを前記第2電力装置から得られる電力で第2充電状態に充電すること、を少なくとも1つのプロセッサに指示するコマンドを含む、なお、前記第2充電状態は前記第1充電状態よりも大きい。
いくつかの例では、前記第2電力装置と動作するための前記コマンドは、前記第2電力装置から受信されて、通常の動作モードに入るコマンドを含む。様々な例において、前記コマンドはさらに、前記通常の動作モードに入るコマンドの受信に応答して、前記通常の動作モードに入るように前記電池モジュールを制御すること、及び、前記通常の動作モードで、前記第2電力装置に電力を放電するように前記1つ以上の電池セルを制御することを、前記少なくとも1つのプロセッサに指示する。少なくとも1つの例では、前記コマンドはさらに、電池モジュールを制御して前記スリープ動作モードにすること、及び、前記スリープ動作モードで前記少なくとも1つの電力装置からウェイクアップ信号を受信することを、前記少なくとも1つのプロセッサに指示する、ここで、前記コマンドは、前記ウェイクアップ信号の受信に応答して前記少なくとも1つの電力装置と動作するための前記コマンドを受信したかどうかを判断することを、前記少なくとも1つのプロセッサに指示する。
いくつかの例では、前記コマンドはさらに、前記少なくとも1つの電力装置から前記ウェイクアップ信号を受信することに応答して、電池端子間で前記少なくとも1つの電力装置によって提供される電圧が許容可能な電圧範囲であるかどうかを判断することを前記少なくとも1つのプロセッサに指示する。様々な例において、前記コマンドはさらに、前記電池端子間で前記少なくとも1つの電力装置によって提供される電圧が前記許容可能な範囲内にないという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを充電しないと判断することを前記少なくとも1つのプロセッサに指示する。少なくとも1つの例では、前記コマンドはさらに、前記電池端子間で前記第1電力装置によって提供される電圧を判断すること、及び、前記電池端子間で前記第1電力装置によって提供される電圧が前記許容可能な電圧範囲内にないという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを前記第1充電状態に充電することを中止することを、前記少なくとも1つのプロセッサに指示する。
いくつかの例では、前記コマンドはさらに、前記第1電力装置から前記ウェイクアップ信号を受信することに応答して前記1つ以上の電池セルの現在の充電状態を判断すること、前記第1電力装置と動作するためのコマンドを受信していないという判断に応答して前記1つ以上の電池セルの現在の充電状態が前記第1充電状態を超えているかどうかを判断すること、及び、前記1つ以上の電池セルの現在の充電状態が前記第1充電状態を超えているという判断に応答して前記1つ以上の電池セルを充電しないことを判断することを、前記少なくとも1つのプロセッサに指示する。様々な例において、前記コマンドはさらに、前記1つ以上の電池セルの現在の充電状態が前記第1充電状態を超えていると判断した後で、前記1つ以上の電池セルの充電状態が第3充電状態を下回っているかを判断し、前記1つ以上の電池セルの充電状態が前記第3充電状態を下回っているという判断に応答して、前記電池モジュールをスリープ動作モードになるように制御することを、前記少なくとも1つのプロセッサに指示する。
本開示の少なくとも1つの態様によれば、電池モジュールを組み立てる方法が提供される、前記方法は、少なくとも1つの電力装置に結合されるように構成された電池端子を提供すること、エネルギーを貯蔵するように構成された1つ以上の電池セルを提供すること、電池管理システムを提供すること、電池端子を前記1つ以上の電池セルに接続すること、及び前記電池管理システムを前記1つ以上の電池セルに接続すること、を含み、前記電池管理システムは、前記少なくとも1つの電力装置と動作するためのコマンドを受信したかどうかを判断するように、前記第1電力装置と動作するためのコマンドを受信していないという判断に応答して前記1つ以上の電池セルを前記第1電力装置から得られる電力で第1充電状態に充電するように、及び、第2電力装置と動作するためのコマンドを受信したという判断に応答して前記1つ以上の電池セルを前記第2電力装置から得られる電力で第2充電状態に充電するように構成される、なお、前記第2充電状態は前記第1充電状態よりも大きい。
少なくとも1つの実施形態の様々な態様を、原寸に比例して描かれることを意図されていない添付の図面を参照して以下で説明する。これらの図面は、前記様々な態様及び実施形態の説明及びさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれてその一部を構成するが、特定の実施形態の限定の定義として意図されていない。図面は、明細書の残りの部分とともに、記載及び請求された態様及び実施形態の原理並びに動作を説明するのに役立つ。図面において、様々な図面に示された同一又はほぼ同一の各構成要素は、同様の数字で表されている。わかりやすくするために、すべての構成要素がすべての図面でラベル付けされているわけではない。図面において、
一例による電力システムのブロック図である。
一例によるエネルギー貯蔵装置のブロック図である。
一例によるエネルギー貯蔵装置を操作するプロセスを示す図である。
一例によるエネルギー貯蔵装置を操作するプロセスを示す図である。
一例による無停電電力装置のブロック図である。
本明細書で論じられる方法及びシステムの例は、以下の説明に記載される又は添付の図面に示された構造の詳細及び構成要素の配置に適用されることに限定されない。前記方法及びシステムは、他の実施形態で実施することができ、様々な方法で実践することができるか、又は実施することができる。特定の実施の例は、例示のみを目的として本明細書に提供されており、限定することを意図するものではない。特に、1つ以上のいずれかの例に関連して説明されている動作、構成要素、要素及び特徴を、他のいずれかの例での同様の役割から除外することを意図するのもではない。
また、ここで使用されている表現及び用語は、説明を目的としたものであり、限定的なものと見なされるべきではない。本明細書において単数形で言及するシステム及び方法の例、実施形態、構成要素、要素又は動作への参照は、複数形を含む実施形態も包含し得る、及び、本明細書におけるいずれの実施形態、構成要素、要素又は動作への複数形のいずれの参照はまた、単数形のみを含む実施形態を包含し得る。単数形又は複数形の参照は、現在開示されているシステム又は方法、それらの構成要素、動作、又は要素を制限することを意図するものではない。本明細書における「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」、「伴う」及びそれらの変形の使用は、その後に記載される項目、その同等物及び追加的項目を包含することを意味する。
「又は」への言及は、「又は」を使用して説明されているいずれの用語も、単数、複数、及びすべての説明されている用語のいずれかを示す場合があるように、包括的であると解釈され得る。さらに、本書と参照により本書に組み込まれている書類との間で用語の使用法に一貫性がない場合、組み込まれている特徴における用語の使用法は、本書での使用法を補足するものであり、調整できない違いについては、本書における使用法が優先される。
電池などのエネルギー貯蔵装置は、負荷に放電するためにエネルギーを貯蔵してもよい。例えば、エネルギー貯蔵装置は、負荷に無停電電力を供給することができる場合がある無停電電力装置(UPS)に貯蔵されたエネルギーを放電してもよい。一部のエネルギー貯蔵装置は、所望のエネルギーレベル又は充電状態(SOC)に充電してもよい。
エネルギー貯蔵装置によって貯蔵されるエネルギーの量は、エネルギー貯蔵装置の完全充電状態のパーセンテージとして表してもよい。例えば、エネルギー貯蔵装置が現在、前記エネルギー貯蔵装置が貯蔵できるエネルギー量の半分の量のエネルギーを貯蔵している場合、エネルギー貯蔵装置のSOCは50%であり得る。
エネルギー貯蔵装置が通常の動作にある間、充電電力が利用可能である場合にエネルギー貯蔵装置を約100%SOCに充電することが有利である場合がある。例えば、エネルギー貯蔵装置がUPSに結合されている場合、充電電力が利用可能であれば、UPSが前記エネルギー貯蔵装置を約100%SOCまで充電することが有利な場合がある。
しかしながら、エネルギー貯蔵装置が作動していないとき、前記エネルギー貯蔵装置に最大SOCを課すことが望ましい場合がある。例えば、規制当局は、エネルギー貯蔵装置の輸送中に、前記エネルギー貯蔵装置に最大SOC(例えば、30%)を課す場合がある。エネルギー貯蔵装置が分配のために保管されている間、前記エネルギー貯蔵装置に最大SOCを課すことも望ましい場合がある。エネルギー貯蔵装置の健全性を促進するために、前記エネルギー貯蔵装置に最小SOCを課すことが望ましい場合もある。したがって、エネルギー貯蔵装置は、エネルギー貯蔵装置を所望のSOC範囲(例えば、25~30%SOC)内に維持するために、保管中に電力装置によって時々再充電されてもよい。
したがって、前記エネルギー貯蔵装置が再充電可能であるときに、エネルギー貯蔵装置が所望のSOC範囲内に留まるようにエネルギー貯蔵装置が最大SOC限界を決定できることは、有利である場合がある。一例では、最大SOC制限は、エネルギー貯蔵装置が結合されている電力装置に基づいて決定してもよい。以下で説明するように、エネルギー貯蔵装置が接続されている電力装置の種類は、最大SOC制限を課すべきかどうかを示す場合がある。
電力装置は、エネルギー貯蔵装置と電力を交換することができる装置であってもよい。電力の交換には、エネルギー貯蔵装置に電力を供給すること、又はエネルギー貯蔵装置から電力を受け取ることが含まれてもよい。電力装置がUPSなどの、電力装置と正常に動作するように構成されたエネルギー貯蔵装置である場合、最大SOC制限は約100%であってもよい(言い換えると、最大SOC制限が除去されてもよい)。本明細書で使用するとき、エネルギー貯蔵装置が電力装置に電力を放電する場合、前記電力装置が前記エネルギー貯蔵装置に充電電力を提供するかどうかにかかわらず、前記エネルギー貯蔵装置は前記電力装置「と動作する」とみなしてもよい。
電力装置が、倉庫及びその他の保管施設で使用される充電装置など、エネルギー貯蔵装置が共に動作するように構成されているものでない場合は、最大SOCの下限を実装してもよい(例えば、約30%)。したがって、本明細書に開示される例は、エネルギー貯蔵装置が、前記エネルギー貯蔵装置が接続されている電力装置の種類に少なくとも部分的に基づいて最大SOC制限を動的に判断することを可能にする、このことは、エネルギー貯蔵装置が実装された環境を示す場合がある。
現在のエネルギー貯蔵装置システムは、例えば輸送前に、エネルギー貯蔵装置を許容可能な充電レベルに維持するために、輸送施設の労働者などの特定の個人による専門知識を必要とする場合がある。このようなエネルギー貯蔵装置システムは、労働者が専門的な知識を必要とする可能性があり、ヒューマンエラーの機会が導入される可能性があるため、非効率的に動作する可能性がある。さらに、エネルギー貯蔵装置システムを低充電状態以下、例えば、前記エネルギー貯蔵装置システムの最大物理容量未満の充電状態以下に充電できるようにするために、特殊な機器が必要になる場合がある。これは技術的な問題である。少なくとも1つの電力装置に結合されるように構成された電池端子と、エネルギーを貯蔵するように構成された1つ以上の電池セルと、電池管理システムとを備えた電池モジュールの例示的な実施形態を提供する。前記電池管理システムは、少なくとも1つの電力装置と動作するためのコマンドを受信したかどうかを判断するように、第1電力装置と動作するためのコマンドを受信していないという判断に応答して前記1つ以上の電池セルを前記第1電力装置から得られる電力で第1充電状態に充電するように、及び、第2電力装置と動作するためのコマンドを受信したという判断に応答して前記1つ以上の電池セルを第2電力装置から得られる電力で第2充電状態に充電するように構成される、なお、前記第2充電状態は前記第1充電状態よりも大きい。
少なくともこの前述の機能の組み合わせは、前述の技術的問題に対する技術的解決策として機能するエネルギー貯蔵装置システムを含む。この技術的な解決策は日常的ではなく、型にはまらないものである。この技術的解決策は、適切な充電レベルを自動的に維持する電池モジュールの能力を少なくとも促進することによって、前述の技術的問題を解決してエネルギー貯蔵装置の技術分野の改善を構成する電池モジュールシステム設計の実用的な適用である。
図1は、一例による電力システム100のブロック図を示す。電力システム100は、電力装置102と、任意の数のエネルギー貯蔵装置104(「エネルギー貯蔵装置104」)とを含み、これは、1つ、2つ、3つ、又はそれ以上のエネルギー貯蔵装置を含んでもよい。電力装置102は、エネルギー貯蔵装置104のそれぞれに結合されるが、これは、電気的、物理的、及び/又は通信的結合を含んでもよい。
電力装置102は、エネルギー貯蔵装置104と電力を交換する(例えば、電力を供給する、及び/又は電力を受け取る)ことができる任意の装置を含んでもよい。一例では、電力装置102は、エネルギー貯蔵装置104と電力を交換するように構成されたUPSであってもよい。UPSの例を、図5に関して以下に提供する。
別の例では、電力装置102は、エネルギー貯蔵装置104に再充電電力を提供するように構成された再充電装置であってもよい。例えば、電力システム100は、倉庫などのエネルギー貯蔵装置保管施設に実装されてもよい。特に、装置が長期間保管されている場合、エネルギー貯蔵装置の健全性を促進するために、倉庫に保管されているエネルギー貯蔵装置を定期的に再充電することが有利である場合がある。電力装置102は、保管されたエネルギー貯蔵装置を定期的に再充電するために倉庫オペレータによって操作される再充電装置であるか、又はそれを含んでもよい。他の例では、電力装置102は、エネルギー貯蔵装置104と電力を交換するように構成された他の任意の装置であるか、又はそれを含んでもよい。
エネルギー貯蔵装置104はそれぞれ、エネルギーを貯蔵するように構成される。例えば、エネルギー貯蔵装置104は、1つ以上の電池、コンデンサ、フライホイール、又はエネルギーを貯蔵するように構成された他の装置を含んでもよい。エネルギー貯蔵装置104は、電力装置102及び/又は他の装置から電力を受け取り、及び/又はそれらに電力を放電してもよい。エネルギー貯蔵装置104は、電力装置102に加えて、同時に及び/又は直列に、いくつかの電力装置と電力を交換してもよい。いくつかの例では、エネルギー貯蔵装置104は、互いに結合されていてもよい。
前述の通り、いくつかのシナリオでは、エネルギー貯蔵装置104をフルSOC未満に充電することが有利な場合がある。例えば、エネルギー貯蔵装置104が保管中、輸送中、又はその他の理由によりアクティブ動作で使用されていない間、エネルギー貯蔵装置104をフルSOC未満に維持することが有利な場合がある。いくつかの例では、エネルギー貯蔵装置104は、電力装置102がどの種類の装置であるかに少なくとも部分的に基づいて最大SOCレベルを選択するように構成される。装置の種類は、エネルギー貯蔵装置104がまだ保管中であるか、又はユーザによって通常の動作で使用されているかどうかを示す場合がある。例えば、電力装置102がUPSである場合、エネルギー貯蔵装置104は、保管場所に保管中であるよりも、通常の動作で使用されている可能性が高い。したがって、最大SOCは、電力装置102の装置の種類に基づいて調整してもよい。
図2は、一例によるエネルギー貯蔵装置104のエネルギー貯蔵装置104aのブロック図を示す。図2は、いずれかのエネルギー貯蔵装置104の例を示し得ることを理解されたい。上述のように、エネルギー貯蔵装置104は、1つ以上の電池、コンデンサ、フライホイール、又は他のエネルギー貯蔵装置として実施してもよい。例示を目的として、エネルギー貯蔵装置104aは、電池関連の構成要素を有する電池モジュールとして実装されてもよい。したがって、例示としてのみ、エネルギー貯蔵装置104aは、代替的に、電池モジュール104aと呼ばれることがある。しかしながら、本開示の原理は、他の種類のエネルギー貯蔵装置に適用可能であることを理解されたい。
電池モジュール104aは、BMSパワーモジュール202及びBMS制御モジュール204を有する電池管理システム(BMS)200、1つ以上の電池セル206(「電池セル206」)、1つ以上のスイッチング装置208(「スイッチ208」)、並びに第1電池端子218a及び第2電池端子218b(「電池端子218」と総称)を含む。BMSパワーモジュール202は、論理電源(LPS)210及び充電器212を含む。BMS制御モジュール204は、少なくとも1つのコントローラ214(「コントローラ214」)及び少なくとも1つのインターフェース216(「インターフェース216」)を含む。
第1電池端子218aは、スイッチ208及びBMSパワーモジュール202に結合されており、電力装置に結合するように構成される。第2電池端子218bは、BMSパワーモジュール202、BMS制御モジュール204、及び電池セル206に結合されており、電力装置に結合するように構成される。例えば、電池端子218は、UPS、倉庫内の再充電装置、又は電池モジュール104aと電力を交換するように構成された別の装置である電力装置102に結合するように構成されてもよい。
スイッチ208は、第1接続で第1電池端子218aに結合されており、第2接続で電池セル206に結合されており、BMS制御モジュール204に通信可能に結合するように構成される。BMSパワーモジュール202は、電池端子218、BMS制御モジュール204及び電池セル206に結合されている。
電池セル206は、第1接続でスイッチ208及びBMSパワーモジュール202に結合されており、第2接続で第2電池端子218bに結合されており、BMS制御モジュール204に通信可能に結合するように構成される。BMS制御モジュール204は、BMSパワーモジュール202、電池セル206、及びスイッチ208に結合されている。BMS制御モジュール204は、前述の構成要素に通信可能及び/又は電気的に結合されてもよい。
電池モジュール104aは、電池端子218を介して、電力装置102などの電力装置から電力を受け取るように構成される。例えば、以下でより詳細に論じるように、電池セル206の現在のSOCが目標SOCを下回っている場合に、電池モジュール104aは、電力装置102から電力を受け取って電池セル206を再充電するように構成されてもよい。
いくつかの例では、電池モジュール104aはまた、電池端子218を介して電力装置102などの電力装置に電力を放電するように構成されてもよい。上述のように、電池モジュール104aが電力装置に電力を放電する場合、電池モジュール104aは前記電力装置「と動作する」と見なしてもよい。したがって、電池モジュール104aが再充電装置に電力を放電するように構成されていない場合、電池モジュール104aは、(例えば、保管倉庫で電池モジュール104aを再充電するために使用される)前記再充電装置と動作すると見なされない場合がある。逆に、電池モジュール104aは、電池モジュール104aが貯蔵された電力を電力装置に放電する場合、電池モジュール104aが結合されている前記電力装置と動作すると見なしてもよい。
電池端子218を介して電力装置に電力を供給及び/又は前記電力装置から電力を受け取ることに加えて、電池セル206は、貯蔵された電力をBMSパワーモジュール202及び/又はBMS制御モジュール204に放電するように構成されてもよい。例えば、電池セル206は、貯蔵された電力をLPS210に放電してもよい。LPS210は、BMS200の構成要素を含む電池モジュール104aの構成要素に電力を提供してもよい。いくつかの例では、BMS200は、電池セル206及び/又は外部電源(例えば、電池端子218を介して)から少なくともいくらかの電力を直接受け取ってもよい。
スイッチ208は、FET、BJT、リレーなどの1つ以上のスイッチング装置を含んでもよい。スイッチ208は、コントローラ214などのBMS200によって制御されてもよい。例えば、スイッチ208は、コントローラ214に結合されたゲート接続などの制御端子を含んでもよい。コントローラ214は、スイッチ208の制御端子に制御信号を提供することによってスイッチ208の状態を制御してもよい。他の例では、コントローラ214は、代替及び/又は追加の手段を介してスイッチの状態を制御してもよい。
いくつかの例では、コントローラ214は、スイッチ208を操作してスイッチ208を介して電池セル206に主充電電流を提供し、スイッチ208の状態を制御することによって主充電電流を変調してもよい。他の例では、電池モジュール104aは、電池セル206に主充電電流を提供するように構成された別個の充電器(図示せず)を含んでもよい。スイッチ208は、電気的切断として機能し得るが、充電器が実装される場合に充電電流を変調する役割を果たす場合もあれば、そうでない場合もある。
充電器212は、電池セル206に充電電流を提供するように構成されてもよい。いくつかの例では、充電器212は、トリクル充電電流を提供してもよい。例えば、充電器212は、電池セル206のSOCが目標SOC(例えば、100%)又はそれに近い電池セル206を充電してもよい。充電器212は、スイッチ208又は別の主充電器を介してではなく、電池端子218から得られる電力を直接使用して電池セル206を充電してもよい。様々な例において、電池モジュール104aはまた、電池端子218を介して外部充電装置から充電電流(例えば、より大きな充電電流)を受け取って電池セル206を直接充電してもよい。
コントローラ214は、スイッチ208、LPS210、充電器212、及び/又はインターフェース216を含む電池モジュール104aの1つ以上の構成要素を制御してもよい。コントローラ214は、電圧、電流、温度などの感知された特性を示すセンサ情報を受信するための1つ以上のセンサ(例えば、電圧センサ、電流センサ、温度センサなど)をさらに含むか、又はそれに結合されて、電圧、電流、温度などの感知された特性を示すセンサ情報を受信してもよい。例えば、電池セル206は、1つ以上の電圧センサ、電流センサ、及び/又は温度センサを含むか、またはそれに結合してもよく、コントローラ214は、これらのセンサに通信可能に結合して、電池セル206に関連する電圧、電流、及び/又は温度情報を受信してもよい。コントローラ214は、受信したセンサ情報に基づいて追加情報を判断するように構成されてもよい。例えば、コントローラ214は、感知された電圧及び/又は電流情報に少なくとも部分的に基づいて、電池セル206の現在のSOCを判断するように構成されてもよい。他の例では、追加のセンサ又は異なるセンサが実装されてもよい。
インターフェース216は、電池端子218に結合された電力装置などの1つ以上のシステム、又は人などの他のエンティティと情報を交換するように構成された、例えば、ユーザインターフェース(ディスプレイ画面、タッチセンシティブスクリーン、キーボード、マウス、トラックパッド、ダイヤル、ボタン、スイッチ、スライダー、発光ダイオードなどの発光コンポーネント、人間が聞こえる周波数範囲内及び/又は範囲外などの音を出力するように構成されたスピーカー、ブザーなどの音を発する構成要素、など)、有線通信インターフェース(有線ポートなど)、無線通信インターフェース(アンテナなど)などを含む1つ以上の通信インターフェースを含んでもよい。電池モジュール104aが通信することができる他のシステムは、サーバ、データベース、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、中央コントローラ又はデータ集約システム、他のエネルギー貯蔵装置(例えば、他のエネルギー貯蔵装置104)などの任意の装置、構成要素、モジュール等を含んでもよい。
これらの原理に従って電池モジュール104aを動作させるプロセスを、図3に関連して提供する。
図3は、一例によるエネルギー貯蔵装置を制御するプロセスを示す。例えば、プロセス300は、電池モジュール104aを制御するプロセスであってもよい。例示を目的として、プロセス300は、電池モジュール104aがスリープモードにある状態で開始する。
動作302で、プロセス300が開始する。
動作304において、電池モジュール104aはスリープモードにある。スリープモードは、電池モジュール104aの特定の機能が非アクティブ化されるか、又はより低い電力消費状態に置かれる、低電力動作モードであってもよい。例えば、インターフェース216がディスプレイ画面などのユーザインターフェースを含む場合、前記ディスプレイ画面の電源を切ってもよい。スリープモードは、電力消費を低減することが有利となるように、電池モジュール104aが長期間使用されることが予想されない場合に実施してもよい。したがって、(例えば、スリープモード中に電池モジュール104aに電力を供給し得る電池セル206からの)電力消費を最小限に抑えることができる。例えば、電池モジュール104aが後の分配のために保管されている間、電池モジュール104aは、スリープモードであってもよい。スリープモードに入る例を以下に示す。
動作306で、電池モジュール104aは、ウェイクアップ信号を受信したかどうかを判断する。例えば、コントローラ214は、ウェイクアップ信号がユーザ又は電力装置などの他のエンティティから受信されたかどうかを判断してもよい。ウェイクアップ信号は、インターフェース216を介して受信してもよい。例えば、インターフェース216は、電力装置102などの電力装置とインターフェースするように構成された有線及び/又は無線通信インターフェースを含んでもよい。ウェイクアップ信号は、電力装置102が最初に電池端子218に接続されたときに電力装置102によって送信されてもよい。例えば、ウェイクアップ信号を送信して電池モジュール104aを準備し、電池モジュール104aを再充電すべきかどうか、電池モジュール104aが接続された電力装置と動作するべきかどうか、などを判断してもよい。
ウェイクアップ信号を受信していないと電池モジュール104aが判断した場合(306:いいえ)、プロセス300は動作304に戻る。そうではなく、ウェイクアップ信号を受信したと電池モジュール104aが判断した場合(306:はい)、プロセス300は、動作308に続行する。
動作308で、電池モジュール104aが初期化される。例えば、電池モジュール104aは、非アクティブ化された、又はスリープモードに関連するより低い電力消費状態にある構成要素を制御して、覚醒させてもよい。上記の例を続けると、コントローラ214は、電源がオンになるようにユーザインターフェースを制御して、情報の表示を開始してもよい。充電器212の構成要素、インターフェース216の他の構成要素をアクティブ化することなどによって、追加の機能をアクティブ化できることを理解されたい。コントローラ214は、例えば、電池端子218の電圧が許容可能な電圧範囲内(例えば、170~220V)にあることを確認すること、周囲温度が許容可能な温度範囲にあることを確認すること、などによって、初期化中に1つ以上のパラメータをチェックするように構成してもよい。様々な例において、1つ以上のパラメータが所望の値でない場合、コントローラ214は、スリープモードに戻るように電池モジュール104aを制御してもよい。
動作310において、電池モジュール104aは、システム起動信号を受信したかどうかを判断する。受信した場合、システム始動信号は、インターフェース216で受信してもよい。例えば、システム始動信号は、インターフェース216の通信インターフェースに提供される有線又は無線の通信信号であってもよい。システム始動信号は、電池モジュール104aが共に動作するように構成されたUPSなどの電力装置によって送信されてもよい。システム起動信号は、電力装置と動作するためのコマンドであってもよく、電池モジュール104aが通常の動作モードに入るためのコマンドであってもよい。様々な例において、そのような電力装置は、電力装置に接続された電池モジュールにシステム起動信号を通信するように構成されてもよい。逆に、電池モジュール104aが共に動作するように構成されていない特定の再充電装置などの電力装置は、電池モジュール104aにシステム起動信号を通信するように構成されていない場合がある。いくつかの例では、電池モジュール104aは、システム起動信号を受信したかどうかを判断する前に、システム起動信号を受信するために閾値時間待機してもよい。
システム始動信号を受信した場合(310:はい)、プロセス300は動作312に続行する。
動作312において、電池モジュール104aは通常モードで動作する。通常モードでは、電池モジュール104aは、接続された電力装置に必要に応じて電力を放電するように、また、いくつかの例では、接続された電力装置から再充電電力を受け取るように構成される。例えば、電池モジュール104aは、通常モードにある間、約100%SOCまで充電されてもよい。したがって、本明細書では充電モードを参照しているが、電池モジュール104aは、充電モード以外の動作モードで充電してもよいことを理解されたい。様々な例において、動作モード間の1つの違いは、電池モジュール104aが、通常モードでは100%まで充電してよく、充電モードではより低いSOC(例えば、30%SOC)まで充電してよいことである。通常モードの例を、図5に関して以下により詳細に提供する。
そうではなく、システム起動信号が受信されなかった場合(310:いいえ)、プロセス300は動作314に続行する。例えば、電池モジュール104aが、電池モジュール104aを充電することができるが電池モジュール104aがそれと動作するように構成されていない電力装置からウェイクアップ信号を受信した場合、電池モジュール104aはシステム起動信号を受信しない場合がある。
動作314において、電池モジュール104aは、電池モジュール104aを充電するためのコマンドを受信したかどうかを判断する。いくつかの例では、前記コマンドは、電力装置102などの電力装置からインターフェース216で受信されてもよい。前記コマンドは、充電電力の利用可能性を示してもよい。例えば、電池モジュール104aは、動作306でウェイクアップ信号を送信した電力装置が電池モジュール104aを充電できることを確認してもよい。いくつかの例では、動作314は、充電電力が利用可能であることを示す何らかの情報が電力装置から受信されたかどうかを判断することを含んでもよく、コマンドではない可能性があることを理解されたい。いくつかの例では、前記コマンドは、電力装置から得られる電力を使用して電池モジュール104aを充電するためのターゲット、最大及び/又は最小SOCを示してもよい。他の例では、動作314は任意であってもよく、実行されなくてもよい。
電池モジュール104aが充電される、又は充電され得ることを示すコマンドを受信していない場合(314:いいえ)、プロセス300は動作304に戻る。そうではなく、電池モジュール104aが充電される、又は充電され得ることを示すコマンドを受信した場合(314:はい)、プロセス300は動作316に続行する。
動作316で、電池モジュール104aは充電モードにされる。例えば、コントローラ214は、充電モードになるように電池モジュール104aを制御してもよい。上述のように、いくつかの例では、通常モードと充電モードとの違いは、より低いSOCターゲットが充電モードで実装されることであってもよい。しかしながら、電池モジュール104aは、充電モード以外の動作モードで充電してもよい。充電モードの例を、図4に関して提供する。
図4は、一例による、充電モードで動作するように電池モジュール104aを制御するプロセス400を示す。電池モジュール104aが、通常モードなどの充電モード以外の動作モードで充電されてもよいことを理解されたい。様々な例において、充電モードは、電池モジュール104aが100%未満の閾値SOCまで充電される動作モードであってもよい。
動作402で、プロセス400が開始する。
動作404において、電池モジュール104aは充電モードにある。コントローラ214は、充電モードになるように電池モジュール104aを制御する。上述のように、プロセス400は、動作316で電池モジュール104aが充電モードにされたことに応答して開始されてもよい。
動作406において、電池モジュール104aは、電池モジュール104aが充電される準備ができているかどうかを判断する。例えば、電池モジュール104aは、電力装置102から電池端子218で適切な充電電力が利用可能であることを確認してもよい。一例では、コントローラ214は、電池端子218の間の電圧を判断して、前記電圧が170~220Vの範囲などの許容可能な範囲内の電池バス電圧値であるかを判断してもよい。一例では、コントローラ214は、電池端子218の間の電圧を示す情報を提供するように構成された1つ以上の電圧センサに結合されてもよい。別の例では、コントローラ214は、インターフェース216を介して、1つ以上の構成要素又は電力装置102などの装置から電池端子218の間の電圧を示す電圧情報を受け取ってもよい。様々な例では、動作406は、充電される電池モジュール104aの準備ができていることを示す追加の及び/又は異なる条件を判断することを含んでもよい。
電池モジュール104aが充電する準備ができていない場合(406:いいえ)、プロセス400は動作408に続行する。例えば、電池モジュール104aを充電するための充電電力が利用できない場合、電池モジュール104aは充電する準備ができていない場合がある。
動作408で、電池モジュール104aはスリープモードにされる。上記のように、プロセス300は、スリープモードにある間に電池モジュール104aによって実行される動作の例を提供してもよい。
そうではなく、電池モジュール104aが充電される準備ができている場合(406:はい)、プロセス400は動作410に続行する。
動作410において、電池モジュール104aは、電池モジュール104a(例えば、電池セル206)の現在のSOCが閾値SOCを超えているかどうかを判断する。コントローラ214は、電池セル206の現在のSOCを判断するように構成された1つ以上の感知装置に結合されていてもよい。一例では、電池セル206は、電池セル206の端子間の現在の電圧などの電池セル206の現在のSOCを示す情報をコントローラ214に提供するように構成された1つ以上の電圧及び/又は電流センサを含んでもよい。
閾値SOCは、電池セル206が超えてはならない最大SOCを示してもよい。いくつかの例では、コントローラ214は、上述のように動作314などで、インターフェース216を介して電力装置102から閾値SOCを示す情報を受信してもよい。他の例では、コントローラ214は、1つ以上の閾値SOCを示すローカルに格納された情報にアクセスしてもよい。例えば、コントローラ214は、前記1つ以上の閾値SOCを示す情報を格納するように構成された1つ以上のメモリ及び/又はストレージコンポーネントを含むか、又はそれらに結合してもよい。例として、閾値SOCは、例えば30%であってもよい。
電池モジュール104aの現在のSOCが閾値SOCを超える場合(410:はい)、プロセス400は動作412に続行する。
動作412において、コントローラ214は、電池モジュール104aが過充電されていると判断して、過充電状態の表示を出力する。例えば、インターフェース216がユーザインターフェースを含む場合、コントローラ214は、インターフェース216を制御して、画面上に情報を表示する、可聴音を再生する、発光ダイオード(LED)を点灯するなどによって、過充電状態の表示をユーザに出力してもよい。LEDを点灯させることは、例えば、LEDをゆっくりと赤く点滅するように制御することを含んでもよい。別の例では、インターフェース216が通信インターフェースを含む場合、コントローラ214は、情報を表示するためのユーザインターフェースの制御に加えて、又はその代わりに、インターフェース216を制御して、ユーザによって操作されるユーザ装置(例えば、スマートフォン)などの1つ以上の装置に過充電状態を示す情報を提供してもよい。
動作414において、コントローラ214は、動作の充電モードを終了するかどうかを判断する。コントローラ214は、1つ以上の充電終了状態の検出に応答して動作の充電モードを終了してもよく、これには、故障状態及び/又は充電が完了したことを示す1つ以上の状態が含まれてもよい。コントローラ214は、電力装置102が電池モジュール104aから切断されたと判断することによって、電池モジュール104aの現在のSOCが最小SOC(例えば、25%SOC)を下回っていると判断することによって、閾値時間が経過したと判断することによって(例えば、動作410が実行されてから、電池モジュール104aが最初に電力装置102に接続されてから、など)、又はその他の充電終了状態などによって、いくつかの充電終了状態のいずれかが検出されたかどうかを判断してもよい。充電終了状態が検出されない場合(414:いいえ)、以下でより詳細に説明するように、充電終了状態が検出されるまで動作414が繰り返し実行される。
動作410に戻り、現在のSOCが閾値SOCを超えていない場合(410:いいえ)、プロセス400は動作416に続行する。
動作416において、コントローラ214は、電池モジュール104aを制御して電池セル206を充電する。例えば、コントローラ210は、スイッチ208を制御して、第1電池端子218aを電池セル206に結合するための閉導通位置にしてもよい。いくつかの例では、コントローラ214は、スイッチ208の状態を制御することによって、第1電池端子218aから受信した充電電力を調整してもよい。いくつかの例では、コントローラ214は、充電状態の表示を提供してもよい。例えば、インターフェース216がLEDを含む場合、コントローラ214は、電池セル206が充電中であることを示す緑色にゆっくり点滅するようにLEDを制御してもよい。
動作418において、コントローラ214は、何らかの充電エラーが発生したかどうかを判断する。動作416が依然実行中である間、すなわち、電池セル206がまだ充電中である間に、動作418を実行しても良いことが理解されるべきである。充電エラーには、例えば、電池端子の過電圧又は低電圧が含まれてもよい。低電圧(例えば、電池端子218の間が25V未満)は、電力装置102が電池端子218から切断されているか、又は他の理由で充電電力を供給できないことを示す場合がある。過電圧(例えば、電池端子218の間が220Vを超える)は、電力装置102が定格充電電力を供給できないことを示す場合がある。充電エラーが検出されない場合(418:いいえ)、プロセス400は動作420に続行する。
動作420において、コントローラ214は、電池セル206が充電されているかどうかを判断する。電池セル206が充電されているかどうかを判断することは、電池セル206の現在のSOCが所望のSOC又は電圧値にあるか、又は電池セル206が所望の充電レベルを有することを示す所望のSOC又は電圧範囲内にあるかどうかを判断することを含んでもよい。一例では、所望の充電レベルは、30%などの、動作410に関して上述の閾値SOCであってもよい。他の例では、所望の充電レベルは、閾値SOCに関連しているが、閾値SOCに等しくなくてもよく、他の例では、所望の充電レベルは、閾値SOCに関連していなくてもよい。
コントローラ214が、電池セル206がまだ充電されていないと判断した場合(420:いいえ)、プロセス400は、動作416に戻る。コントローラ214は、充電エラーが検出される(418:はい)まで、又は電池モジュール104aが充電される(420:はい)まで、電池セル206を充電し続ける。コントローラ214が、電池モジュール104aが充電されたと判断した場合(420:はい)、プロセス400は、動作422に続行する。
動作422において、コントローラ214は、電池セル206の充電状態の表示を出力する。コントローラ214は、充電状態の表示を出力するようにインターフェース216を制御してもよい。例えば、インターフェース216がLEDを含む場合、コントローラ214は、間断のない緑色光を出力するようにLEDを制御してもよい。この例では、前記間断のない緑色光は、電池セル206が所望のレベルまで充電されていることを示してもよい。コントローラ214はまた、スイッチ208を開くなどによって、電池モジュール104aを制御して、電池端子218から充電電力を受信することを停止してもよい。いくつかの例では、コントローラ214は、充電器212を制御して電池端子218から得られた充電電流を電池セル206に提供するなどによって、電池モジュール104aを制御して電池セル206に小電流を供給し続けてもよい。その後、プロセス400は、動作414に続行する。
動作418に戻り、電池セル206が充電される前に充電エラーが検出された場合(418:はい)、プロセス400は動作424に続行する。
動作424において、コントローラ214は、充電エラーの表示を出力する。コントローラ214は、充電エラーの表示を出力するようにインターフェース216を制御してもよい。例えば、インターフェース216がLEDを含む場合、コントローラ214は、すばやく赤く点滅するようにLEDを制御してもよい。その後、プロセス400は、動作414に続行する。
上述のように、動作414において、コントローラ214は、充電終了状態が検出されたかどうかを判断する。充電終了状態が検出された場合(414:はい)、プロセス400は動作408に続行する。
動作408において、コントローラ214は、電池モジュール104aの構成要素をオフにする。例えば、コントローラ214は、電池モジュール104aの構成要素を制御して、非アクティブ化するか、又はスリープ動作モードになる準備をするためのより低い電力消費状態にしてもよい。したがって、コントローラ214は、電池モジュール104aがスリープ動作モードにある間は必要とされない可能性がある電池モジュール104aの機能を無効にしてもよい。次に、コントローラ214は、電池モジュール104aを上述のようにスリープ動作モードにする。
プロセス300、400の例を、前述の原理を説明するために提供する。電池モジュールが倉庫に保管されて、ユーザ又は顧客への分配待ちである例を提供する。倉庫内の個人は、電池モジュールを閾値SOCまで再充電するように構成された電力装置に電池モジュールを定期的に接続してもよい。保管中、SOCの閾値は、適用される規制に従って電池モジュールの最大保管容量よりも小さくてもよい。この例では、SOCの閾値は30%であってもよい。
電池モジュールが保管されている間、電池モジュールは、分配を待っている間に失われる電力を最小限に抑えるために、スリープ動作モードのままであってもよい(動作304)。次に、倉庫内の個人は、電池モジュールを再充電するように構成された電力装置に電池モジュールを接続する。電力装置が電池モジュールに接続されると、前記電力装置はウェイクアップ信号を電池モジュールに通信する(動作306:はい)。前記電池モジュールは、ウェイクアップ信号の受信に応答して、充電の準備をするために初期化される(動作308)。
電池モジュールは、前記電力装置からシステム起動信号を受信していないと判断する(310:いいえ)。上述のように、電池モジュールは、電池モジュールが共に動作するように構成されたUPSなどの電力装置からシステム起動信号を受信してもよい。起動信号が受信されない場合、このことは、電池モジュールがユーザとの通常の動作のためにまだ実装されておらず、代わりに電池モジュールが分配待ちで保管中である可能性があることを電池モジュールに示してもよい。
したがって、電池モジュールは、規制要件に従ってより低いSOC閾値が実装されるべきであると判断してもよい。電力装置は電池モジュールを再充電するが電池モジュールから放電された電力を受け取らないように構成されているため、前記電力装置はシステム起動信号を電池モジュールに送信しない。しかしながら、電力装置は、前記電力装置から得られる電力を使用して電池モジュールを充電するようにコマンドを送信する(動作314)。したがって、電池モジュールは充電モードにされる(動作316、404)。
電池モジュールは、電池モジュールが電力装置によって充電される準備ができているかどうかを判断する(動作406)。電池モジュールの電池端子間の電圧が指定範囲内(例えば、170~220V)にないと判断する(動作406:いいえ)などして、電力装置から十分な充電電力が利用できない場合は、電池モジュールをスリープモードに戻す(動作408)。電力装置から十分な充電電力が利用可能である場合(動作406:はい)、電池モジュールは、電池モジュールの現在のSOCが閾値SOCを超えているかどうかを判断する(動作410)。
例えば、電池モジュールは、電池モジュールの現在のSOCを判断するために、その電池セルの端子間の電圧を判断することができる。現在のSOCが30%の例示的閾値SOCよりも大きい場合(動作410:はい)、電池モジュールは過充電の表示を出力する(動作412)。例えば、電池モジュールは、ゆっくりと赤く点滅するように電池モジュールのLEDを制御してもよい。次に、電池モジュールは充電終了状態を監視する(動作414)。
そうではなく、現在のSOCが30%以下である場合(動作410:いいえ)、電池モジュールは、電力装置から得られる電力を使用してその電池セルの再充電を開始する(動作416)。電池モジュールが再充電されている間、電池モジュールは充電エラーを監視する(動作418)、及び、現在のSOCを監視して、現在のSOCが30%以上であるかどうかを判断することなどによって、前記電池モジュールが十分に再充電されているかどうかを判断する(動作420)。電池モジュールが再充電されている間、電池モジュールはゆっくりと緑色に点滅するようにLEDを制御してもよい。何らかの充電エラーが検出された場合(410:はい)、電池モジュールは、すばやく赤く点滅するようにLEDを制御するなどして、充電エラーの表示(424)を出力してもよい。
電力装置に接続された電池端子間の電圧が許容可能な電圧範囲(例えば、170~220V)を上回る又は下回ると、充電エラーが検出されてもよく、これは、電力装置の低電圧又は過電圧状態を示してもよい。そうではなく、充電エラーが検出されず、電池モジュールが十分に再充電された場合(動作420:はい)、電池モジュールは電池モジュールが充電されたことを示す表示を出力する(動作422)。例えば、電池モジュールは、LEDを制御して充電が完了したことを示す間断のない緑色光を点灯させてもよい。
電池モジュールが十分に再充電されているか(動作420:はい)、充電エラーが検出されたか(動作418:はい)、又は電池モジュールが最初に過充電されたか(410:はい)、電池モジュールは、充電終了状態を監視しながら電池モジュールの現在の状態の表示を出力してもよい(動作412,422,424)。例えば、電池モジュールは、過充電であるか(例えば、ゆっくり点滅する赤色光で表示)、十分に充電されているか(例えば、間断のない緑色光で表示)、又は充電エラーを経験しているか(例えば、すばやく点滅する赤色光で表示)の電池モジュールの現在の状態の表示に基づいてユーザがアクションを実行することを待ってもよい。電池モジュールは、例えば、電池モジュールの現在の状態に基づくその後の取り扱いのために、ユーザが電池モジュールを電力装置から切断することを待ってもよい。
充電終了状態は、電池モジュールが電力装置から切断されていることを示してもよい。例えば、電池モジュールは、電力装置に接続されるように構成された電池端子での低電圧状態を検出することによって、電力装置からの切断を検出してもよい。電力装置がもはや電池端子に接続されていない場合、電池端子間の電圧が下限閾値を下回る場合がある。したがって、充電終了状態は、電池端子間の電圧が25Vを下回っていることであってもよく、これは、ユーザが電池モジュールを電力装置から切断したことを示してもよい。
別の充電終了状態は、電池モジュールが電力装置に長時間接続されていることを示してもよい。例えば、電池モジュールは、電力装置に結合されてから閾値期間(例えば、日、週、月など)が経過したこと、したがってユーザが電池モジュールのことを忘れている可能性が高いことを判断してもよい。別の例では、電池モジュールは、電池モジュールの現在のSOCがSOC下限閾値(例えば、25%)を下回っていることを判断してもよく、これは、電池モジュールのSOCが前記SOC下限閾値を下回って低下するのに十分な時間、電池モジュールが忘れられていることを示す。
電池モジュールが充電終了状態(動作414:はい)を検出した場合、これは、ユーザが電池モジュールを電力装置から切断したか、又はユーザが電池モジュールのことを忘れている可能性が高いことを示してもよく、電池モジュールは電池モジュールの特定の機能を無効にしてスリープモードに入る準備をする(動作408)。例えば、電池モジュールは特定の通信機能及び/又はインターフェース機能を無効にしてもよい。その後、電池モジュールはスリープモードに入る。
電池モジュールは、倉庫に長期間保管することができ、この方法で、数日、数週間、数ヶ月、又は数年の間に数回、定期的に再充電電力装置に再接続されてもよい。最終的に、電池モジュールは、電池モジュールを操作するエンドユーザに倉庫から出荷される場合がある。例えば、エンドユーザは、電池モジュールをユーザが操作するUPSに接続して、UPSにバックアップ電力を提供してもよい。
UPSに接続されると、電池モジュールはUPSからウェイクアップ信号を受信する(動作306:はい)。電池モジュールは、上述のように初期化される(動作308)。UPSは、システム起動信号を電池モジュールに伝達する(動作310:はい)。上述のように、いくつかの例では、UPSは、接続された電池モジュールにシステム起動信号を送信するように事前にプログラムされていてもよい。次に、電池モジュールは、システム起動信号の受信に基づいて電池モジュールがUPSと動作することを判断することに応答して、通常の動作モードに入る。
上述のように、UPSなどの電力装置と動作することは、電力装置に電力を放電すること(及び、いくつかの例では、電力装置から充電電力を受け取ること)を含んでもよい。通常モードで電池モジュールによって実行される操作は、電池モジュールが接続されている電力装置の種類によって異なってもよい。ただし、通常モードの様々な例では、電池モジュールは最大SOC制限の対象ではない。したがって、電池モジュールは、30%などのより低いSOC閾値で充電を停止するのではなく、充電電力が利用可能である場合に100%まで再充電されてもよい。電力装置102がUPSとして実装されている場合に通常モードで電池モジュール104aを動作させる例を、図5に関して提供する。
図5は、UPS500のブロック図である。例えば、UPS500は、電力装置102の例であってもよい。UPS500は、入力502、AC/DCコンバータ504、1つ以上のDCバス506、DC/DCコンバータ508、エネルギー貯蔵装置インターフェース510、少なくとも1つのコントローラ512(「コントローラ512」)、DC/ACインバータ514、出力516、メモリ及び/又はストレージ518、及び1つ以上の外部システム522(「外部システム522」)に通信可能に結合され得る1つ以上の通信インターフェース520(「通信インターフェース520」)を備える。入力502は、AC/DCコンバータ504及びAC主電源などのAC電源(図示せず)に結合される。AC/DCコンバータ504は、入力502及び1つ以上のDCバス506に結合されており、コントローラ512に通信可能に結合される。1つ以上のDCバス506は、AC/DCコンバータ504、DC/DCコンバータ508、及びDC/ACインバータ514に結合されており、コントローラ512に通信可能に結合される。DC/DCコンバータ508は、1つ以上のDCバス506及びエネルギー貯蔵装置インターフェース510に結合されており、コントローラ512に通信可能に結合される。
エネルギー貯蔵装置インターフェース510は、DC/DCコンバータ508に結合されており、少なくとも1つのエネルギー貯蔵装置524及び/又は別のエネルギー貯蔵装置に結合されるように構成される。いくつかの例では、UPS500は、1つ以上のエネルギー貯蔵装置を含んでもよく、これは、エネルギー貯蔵装置524を含んでもよい。様々な例において、エネルギー貯蔵装置524は、1つ以上の電池、コンデンサ、フライホイール、又は他のエネルギー貯蔵装置を含んでもよい。
例えば、エネルギー貯蔵装置524は、電池モジュール104aとして実装されてもよい。電池モジュール104aは、電池端子218を介してエネルギー貯蔵装置インターフェース510に結合されて、UPS500と電力を交換してもよい。電池モジュール104aは、インターフェース216を介して通信インターフェース520に通信可能に結合されて、UPS500に情報を送信、及び/又はUPS500から情報を受信してもよい。例えば、インターフェース216は、コントローラエリアネットワーク(CAN)インターフェースを含んでもよく、電池モジュール104aは、CAN接続を介してUPS500に通信可能に結合されてもよい。いくつかの例では、電池端子218及びインターフェース216の少なくとも1つのインターフェース(例えば、CANインターフェース)の位置は、電池モジュール104aをUPS500に結合することによって結合時に電気的接続と通信的接続の両方を確立することが可能になるように、DC/DCコンバータ508及び少なくとも1つの通信インターフェース520の位置とそれぞれ整列されてもよい。
DC/ACインバータ514は、1つ以上のDCバス506及び出力516に結合されており、コントローラ512に通信可能に結合される。出力516は、DC/ACインバータ514及び外部負荷(図示なし)に結合される。コントローラ512は、AC/DCコンバータ504、1つ以上のDCバス506、DC/DCコンバータ508、エネルギー貯蔵装置インターフェース510、DC/ACインバータ514、メモリ及び/又はストレージ518、及び通信インターフェース520に通信可能に結合される。
入力502は、AC主電源に結合されて入力電圧レベルを有する入力AC電力を受け取るように構成される。UPS500は、入力502に供給されるAC電力の入力電圧に基づいて異なる動作モードで動作するように構成される。コントローラ512は、AC電源の入力電圧が許容可能であるかどうかに基づいて、UPS500を動作させる動作モードを決定してもよい。コントローラ512は、入力電圧のパラメータを感知するように構成された1つ以上のセンサを含むか、又はそれらに結合されてもよい。例えば、コントローラ512は、入力502で受信されたAC電力の電圧レベルを感知するように構成された1つ以上のセンサを含むか、又はそれらに結合されてもよい。
入力502に供給されるAC電力が許容可能である場合(例えば、許容可能な入力電圧値の範囲内にあるなど、指定された値を満たす入力電圧値などのパラメータを有することによって)、コントローラ512は、UPS500の構成要素を制御して主電源動作モードで動作する。主電源動作モードでは、入力502で受信されたAC電力は、AC/DCコンバータ504に提供される。AC/DCコンバータ504は、前記AC電力をDC電力に変換して、前記DC電力を1つ以上のDCバス506に提供する。1つ以上のDCバス506は、前記DC電力をDC/DCコンバータ508及びDC/ACインバータ514に分配する。DC/DCコンバータ508は、受信したDC電力を変換して、変換されたDC電力をエネルギー貯蔵装置インターフェース510に提供する。エネルギー貯蔵装置インターフェース510は、前記変換されたDC電力を受信し、前記変換されたDC電力を、エネルギー貯蔵装置524を充電するためにエネルギー貯蔵装置524に提供する。DC/ACインバータ514は、1つ以上のDCバス506からDC電力を受け取り、前記DC電力を調製されたAC電力に変換して、前記調製されたAC電力を、負荷に供給するために出力516に供給する。
AC主電源から入力502に供給されるAC電力が許容可能でない場合(例えば、許容可能な入力電圧値の範囲外にあるなどによって、指定値を満たさない入力電圧値などのパラメータを有することによって)、コントローラ512は、バックアップ動作モードと動作するようにUPS500の構成要素を制御する。バックアップ動作モードでは、DC電力は、エネルギー貯蔵装置524からエネルギー貯蔵装置インターフェース510に放電され、エネルギー貯蔵装置インターフェース510は、前記放電されたDC電力をDC/DCコンバータ508に提供する。DC/DCコンバータ508は、受信したDC電力を変換して、前記DC電力を1つ以上のDCバス506の間で分配する。例えば、DC/DCコンバータ508は、1つ以上のDCバス506の間で電力を均等に分配してもよい。1つ以上のDCバス506は、受信電力をDC/ACインバータ514に提供する。DC/ACインバータ514は、1つ以上のDCバス506からDC電力を受信し、前記DC電力を調製されたAC電力に変換して、前記調製されたAC電力を出力516に提供する。
コントローラ512は、メモリ及び/又はストレージ518に情報を格納する、及び/又はそこから情報を検索してもよい。例えば、コントローラ512は、感知されたパラメータ(例えば、入力502で受信されたAC電力の入力電圧値)を示す情報を、メモリ及び/又はストレージ518に格納してもよい。コントローラ512はさらに、通信インターフェース520から情報を受信するか、又は通信インターフェース520に情報を提供してもよい。通信インターフェース520は、例えば、外部システム522などの1つ以上のシステム、又は人などの他のエンティティと情報を交換するように構成された、ユーザインターフェース(ディスプレイ画面、タッチセンサ式画面、キーボード、マウス、トラックパッド、ダイヤル、ボタン、スイッチ、スライダー、発光ダイオードなどの発光コンポーネント、人間が聞くことができる周波数範囲の内側及び/又は外側で音を出力するように構成された、スピーカー、ブザーなどの音を発するコンポーネントなど)、有線通信インターフェース(有線ポートなど)、無線通信インターフェース(アンテナなど)などを含む1つ以上の通信インターフェースを含んでもよい。外部システム522は、サーバ、データベース、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、中央制御装置又はデータ集約システム、他のUPSなどの、UPS500の外部にある任意の装置、構成要素、モジュールなどを含んでもよい。
いくつかの例では、UPS500などの電力装置は、電池端子218を介して電池モジュール104aにDC電力を提供してもよい。他の例では、電力装置は、電池モジュール104aにAC電力を提供してもよい。電池モジュール104aは、入力AC電力をDC電力に変換するように構成されたAC-DCコンバータなど、必要に応じて入力電力を変換するための1つ以上の電力変換コンポーネントを含んでもよい。
エネルギー貯蔵装置が、保管及び/又は出荷中に、30%などのより低いSOC閾値を実装するという説明の目的で例を提供した。いくつかの例では、他のSOC閾値が実装されてもよく、100%未満のSOC閾値を実装することが望ましい状況など、保管及び/又は出荷以外の状況に相関してもよい。さらに、30%などの例示的なSOC閾値は、例示のみを目的として提供されていることを理解されたい。
上述のように、電池モジュール104aは、UPS500などの電池モジュール104aが共に動作するように構成された電力装置に接続されることに応答して通常モードに入ってもよい。いくつかの例では、電池モジュール104aは、電池モジュール104aの残りの寿命の間、通常モードのままであるように構成されても良い。他の例では、電池モジュール104aは、スリープモード又は充電モードなどの他の動作モードに移行するように構成されてもよい。例えば、電池モジュール104aが特定の閾値期間にわたって電力装置から切断された場合、電池モジュール104aは、スリープ動作モードに移行してもよい。
電池モジュール104aの追加の動作モードは、様々な例で実施されてもよい。例えば、電池モジュール104aは、オフ動作モードで動作するように構成されてもよい。インターフェース216は、電池モジュール104aをオン又はオフにすることを可能にするために、押しボタン、フリップスイッチ、ダイヤル、ロッカースイッチなどの1つ以上のユーザインターフェース要素を含んでもよい。例えば、インターフェース216は、オン/オフボタンを含んでもよい。様々な例において、電池モジュール104aは、オン/オフボタンがオン位置に切り替えられた場合にのみ、通常モード、充電モード、及びスリープモードを含む、上述の動作モードに入ることができてもよい。そうではなく、オン/オフボタンがオフ位置にある場合、電池モジュール104aは、実質的にすべての機能を無効にして、完全に電源が切られてもよい。
コントローラ214、512などの様々なコントローラは、上述の様々な動作を実行してもよい。関連するメモリ及び/又はストレージに格納されたデータを使用して、コントローラ214、512はまた、コントローラ214、512が含む又は結合された1つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体に格納された1つ以上のコマンドを実行してもよく、これはデータ処理につながる場合がある。いくつかの例では、コントローラ214、512は、1つ以上のプロセッサ又は他のタイプのコントローラを含んでもよい。一例では、コントローラ214、512は、少なくとも1つのプロセッサであるか、又はそれを含む。別の例では、コントローラ210、512は、汎用プロセッサに加えて、又はその代わりに、特定の動作を実行するように調整された特定用途向け集積回路を使用して、上述の動作の少なくとも一部を実行する。これらの例によって示されるように、本開示による例は、ハードウェア及びソフトウェアの多くの特定の組み合わせを使用して本明細書に記載される動作を実行してもよく、本開示は、ハードウェア及びソフトウェア構成要素のいかなる特定の組み合わせにも限定されない。本開示の例には、上述の方法、プロセス、及び/又は操作を実行するように構成されたコンピュータプログラム製品が含まれてもよい。コンピュータプログラム製品は、上記の方法、プロセス、及び/又は操作を実行するためのコマンドを実行するように構成された1つ以上のコントローラ及び/又はプロセッサであってもよく、又はそれらを含んでもよい。
様々な例において、電池モジュール104aなどの電池モジュールは、分配のために組み立てられてもよい。電池モジュール104aを組み立てることは、電力装置に結合される電池端子を提供すること(例えば、電力装置102に結合される電池端子218を提供すること)、エネルギーを貯蔵するための1つ以上の電池セルを提供すること(例えば、電池セル206を提供すること)、及びBMSを提供すること(例えば、BMS200を提供すること)を含む。BMSは、(例えば、上記の動作310で論じたように)電力装置と動作するためのコマンドを受信したかどうかを判断するように、電力装置と動作するためのコマンドを受信していないという判断に応答して1つ以上の電池セルを前記電力装置から得られる電力で第1充電状態に充電するように(例えば、上記の動作416で論じたように)、及び、前記電力装置と動作するためのコマンドを受信したという判断に応答して前記1つ以上の電池セルを前記電力装置から得られる電力で第2充電状態に充電する(例えば、動作312及び図5に関して上記で論じたように)ように構成されても良い、なお、前記第2充電状態は前記第1充電状態よりも大きい。前記組み立てはさらに、電池端子を前記1つ以上の電池セルに結合すること(例えば、スイッチ208を介して)、及びBMSを前記1つ以上の電池セルに結合することを含んでもよい。
このように少なくとも1つの実施形態のいくつかの態様を説明したので、様々な変更、修正、及び改善を当業者に容易に思いつくことが理解されるべきである。そのような変更、修正、及び改善は、本開示の一部であり、その精神及び範囲内であることが意図されている。したがって、前述の説明及び図面は、単なる例示にすぎない。
Claims (20)
- 少なくとも1つの電力装置に結合するように構成された電池端子と、
エネルギーを貯蔵するように構成された1つ以上の電池セルと、
電池管理システムと、
を備え、前記電池管理システムは、
少なくとも1つの電力装置と動作するためのコマンドを受信したかどうかを判断し、
第1電力装置と動作するためのコマンドを受信していないという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを、前記第1電力装置から得られる電力で第1充電状態に充電し、
第2電力装置と動作するためのコマンドを受信したという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを、前記第2電力装置から得られる電力で第2充電状態に充電する、
ように構成され、前記第2充電状態は第1充電状態よりも大きい、
電池モジュール。 - 前記第2電力装置と動作するための前記コマンドは、前記第2電力装置から受信されて、通常の動作モードに入るコマンドを含む、
請求項1に記載の電池モジュール。 - 前記電池管理システムはさらに、
前記通常の動作モードに入るための前記コマンドの受信に応答して、前記通常の動作モードに入り、
前記通常の動作モードで、前記第2電力装置に電力を放電するように前記1つ以上の電池セルを制御する、ように構成される、
請求項2に記載の電池モジュール。 - 前記電池管理システムは、
前記電池モジュールを制御してスリープ動作モードにし、
前記スリープ動作モードで前記少なくとも1つの電力装置からウェイクアップ信号を受信する、ように構成され、ここで、前記電池管理システムは、前記ウェイクアップ信号の受信に応答して、前記少なくとも1つの電力装置と動作するためのコマンドを受信したかどうかを判断するように構成される、
請求項1に記載の電池モジュール。 - 前記電池管理システムはさらに、前記少なくとも1つの電力装置から前記ウェイクアップ信号を受信したことに応答して、前記電池端子間で少なくとも前記1つの電力装置によって提供される電圧が許容可能な電圧範囲内にあるかどうかを判断するように構成される、
請求項4に記載の電池モジュール。 - 前記電池管理システムは、前記電池端子間で前記少なくとも1つの電力装置によって提供される電圧が前記許容可能な電圧範囲の間にないという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを充電しないことを判断するように構成される、
請求項5に記載の電池モジュール。 - 前記電池管理システムはさらに、
前記電池端子間で前記第1電力装置によって提供される電圧を判断し、
前記電池端子間で前記第1電力装置によって提供される前記電圧が許容可能な電圧範囲内にないという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを前記第1充電状態に充電することを中止にする、ように構成される、
請求項4に記載の電池モジュール。 - 前記電池管理システムはさらに、前記電池端子間で前記第1電力装置によって提供される電圧が許容可能な電圧範囲内にないという判断に応答して、前記電池モジュールをスリープ動作モードに入るように制御するように構成される、
請求項7に記載の電池モジュール。 - 前記電池管理システムはさらに、
前記少なくとも1つの電力装置から前記ウェイクアップ信号を受信することに応答して、前記1つ以上の電池セルの現在の充電状態を判断し、
前記第1電力装置と動作するためのコマンドを受信していないという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルの前記現在の充電状態が前記第1充電状態を超えているかどうかを判断し、
前記1つ以上の電池セルの前記現在の充電状態が前記第1充電状態を超えているという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを充電しないことを判断する、ように構成される、
請求項4に記載の電池モジュール。 - 前記電池管理システムはさらに、
前記1つ以上の電池セルの前記現在の充電状態が前記第1充電状態を超えていると判断した後で、前記1つ以上の電池セルの充電状態が第3充電状態を下回っているかどうかを判断し、
前記1つ以上の電池セルの前記充電状態が前記第3充電状態を下回っているという判断に応答して、電池モジュールをスリープ動作モードにするように制御する、ように構成される、
請求項9に記載の電池モジュール。 - 少なくとも1つの電力装置に結合されるように構成された電池端子と、エネルギーを格納するように構成された1つ以上の電池セルとを含む電池モジュールを操作するためのコンピュータ実行可能命令のシーケンスを格納する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ実行可能命令のシーケンスは、
前記少なくとも1つの電力装置と動作するためのコマンドを受信したかどうかを判断すること、
第1電力装置と動作するためのコマンドを受信していないという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを前記第1電力装置から得られる電力で第1充電状態に充電すること、及び
第2電力装置と動作するためのコマンドを受信したという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを前記第2電力装置から得られる電力で第2充電状態に充電すること、
を少なくとも1つのプロセッサに指示するコマンドを含み、前記第2充電状態は前記第1充電状態よりも大きい、
非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記第2電力装置と動作するための前記コマンドは、前記第2電力装置から受信されて、通常の動作モードに入るコマンドを含む、
請求項11に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記コマンドはさらに、前記電池モジュールを制御して、
前記通常の動作モードに入る前記コマンドの受信に応答して、前記通常の動作モードに入ること、及び
前記通常の動作モードで、前記第2電力装置に電力を放電するように前記1つ以上の電池セルを制御すること、を前記少なくとも1つのプロセッサに指示する、
請求項12に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記コマンドはさらに、
電池モジュールを制御してスリープ動作モードにすること、及び
前記スリープ動作モードで、前記少なくとも1つの電力装置からウェイクアップ信号を受信すること、を前記少なくとも1つのプロセッサに指示し、ここで、前記コマンドは、前記ウェイクアップ信号の受信に応答して、前記少なくとも1つの電力装置と動作する前記コマンドを受信したかどうかを判断することを前記少なくとも1つのプロセッサに指示する、
請求項11に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記コマンドはさらに、前記少なくとも1つの電力装置から前記ウェイクアップ信号を受信したことに応答して、前記電池端子間で前記少なくとも1つの電力装置によって提供される電圧が許容可能な電圧範囲内にあるかどうかを判断することを前記少なくとも1つのプロセッサに指示する、
請求項14に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記コマンドはさらに、前記電池端子間で前記少なくとも1つの電力装置によって提供される前記電圧が前記許容可能な電圧範囲の間にないことを判断することに応答して、前記1つ以上の電池セルを充電しないと判断することを前記少なくとも1つのプロセッサに指示する、
請求項15に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記コマンドはさらに、
前記電池端子間で前記第1電力装置によって提供される電圧を判断すること、及び
前記電池端子間で前記第1電力装置によって提供される電圧が許容可能な電圧範囲内にないという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを前記第1充電状態に充電することを中止すること、を前記少なくとも1つのプロセッサに指示する、
請求項14に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記コマンドはさらに、
前記第1電力装置から前記ウェイクアップ信号を受信したことに応答して、前記1つ以上の電池セルの現在の充電状態を判断すること、
前記第1電力装置と動作するためのコマンドを受信していないという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルの前記現在の充電状態が前記第1充電状態を超えているかどうかを判断すること、及び
前記1つ以上の電池セルの前記現在の充電状態が前記第1充電状態を超えているという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを充電しないと判断すること、を前記少なくとも1つのプロセッサに指示する、
請求項14に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記コマンドはさらに、
前記1つ以上の電池セルの前記現在の充電状態が前記第1充電状態を超えていると判断した後で、前記1つ以上の電池セルの充電状態が第3充電状態を下回っているかどうかを判断すること、及び
前記1つ以上の電池セルの前記充電状態が前記第3充電状態を下回っているという判断に応答して、前記電池モジュールをスリープ動作モードにするように制御すること、を前記少なくとも1つのプロセッサに指示する、
請求項18に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 電池モジュールを組み立てる方法であって、
少なくとも1つの電力装置に結合するように構成された電池端子を提供すること、
エネルギーを貯蔵するように構成された1つ以上の電池セルを提供すること、
電池管理システムを提供することであって、
前記電池管理システムは、
前記少なくとも1つの電力装置と動作するためのコマンドを受信したかどうかを判断し、
第1電力装置と動作するためのコマンドを受信していないという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを前記第1電力装置から得られる電力で第1充電状態に充電し、
第2電力装置と動作するためのコマンドを受信したという判断に応答して、前記1つ以上の電池セルを前記第2電力装置から得られる電力で第2充電状態に充電する、ように構成され、前記第2充電状態は前記第1充電状態よりも大きい、電池管理システムを提供すること、
前記電池端子を前記1つ以上の電池セルに結合すること、及び
前記電池管理システムを前記1つ以上の電池セルに結合すること、
を含む、方法。
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