JP2022544130A - energy delivery system - Google Patents

energy delivery system Download PDF

Info

Publication number
JP2022544130A
JP2022544130A JP2022507473A JP2022507473A JP2022544130A JP 2022544130 A JP2022544130 A JP 2022544130A JP 2022507473 A JP2022507473 A JP 2022507473A JP 2022507473 A JP2022507473 A JP 2022507473A JP 2022544130 A JP2022544130 A JP 2022544130A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
energy storage
storage system
variable impedance
impedance network
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022507473A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ロバート・エル・マイヤーズ
アレクセイ・ティコンスキー
ジェームズ・ピー・ノバク
Original Assignee
ライテック・ラボラトリーズ・エルエルシー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ライテック・ラボラトリーズ・エルエルシー filed Critical ライテック・ラボラトリーズ・エルエルシー
Publication of JP2022544130A publication Critical patent/JP2022544130A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/13Maintaining the SoC within a determined range
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/20Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having different nominal voltages
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/21Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26Power supply means, e.g. regulation thereof
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10Parallel operation of dc sources
    • H02J1/106Parallel operation of dc sources for load balancing, symmetrisation, or sharing
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0024Parallel/serial switching of connection of batteries to charge or load circuit
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0025Sequential battery discharge in systems with a plurality of batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/342The other DC source being a battery actively interacting with the first one, i.e. battery to battery charging
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545Temperature
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547Voltage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549Current

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

異なる化学組成または物理構造の多数のエネルギー貯蔵源/システムを、各システムの異なる性能特性に応じてシステムからエネルギーを出力するように構成されている1つの共通制御システムと組み合わせ、そのため、組み合わされたシステムの様々な動作特性を最適化することができる、エネルギー送達システム。制御システムは、各エネルギー貯蔵システムの別個の可変インピーダンス回路網を利用して、たとえば各エネルギー貯蔵システムのサイクル寿命、放電深度、温度、送達電力、および/または認知安全性を最適化するために、各エネルギー貯蔵システムの相対出力電流または放電速度を調整するように構成されている。Combining multiple energy storage sources/systems of different chemical composition or physical structure with one common control system that is configured to output energy from the system in response to the different performance characteristics of each system, thus combining An energy delivery system that can optimize various operating characteristics of the system. The control system utilizes a separate variable impedance network for each energy storage system to optimize, for example, the cycle life, depth of discharge, temperature, power delivered, and/or perceived safety of each energy storage system. It is configured to adjust the relative output current or discharge rate of each energy storage system.

Description

本出願は、2017年12月22日に出願された国際出願第PCT/US2017/068301号の国内段階出願である、2020年4月30日に出願された米国特許出願第16/760,762号の一部継続出願であり、これらはともに、参照によって本明細書によって組み込まれている。本出願はまた、2019年8月5日に出願された米国仮特許出願第62/882,817号の優先権を主張するものであり、この米国仮出願は、参照によって本明細書によって組み込まれている。 This application is part of U.S. patent application Ser. continuation-in-part applications, both of which are hereby incorporated by reference. This application also claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/882,817, filed Aug. 5, 2019, which is hereby incorporated by reference. .

本発明は、一般に、電子装置のためのエネルギー源に関し、特に、エネルギー貯蔵システムまたはエネルギー貯蔵源からエネルギーを送達するためのシステムに関する。 The present invention relates generally to energy sources for electronic devices, and more particularly to energy storage systems or systems for delivering energy from energy storage sources.

この項目は、本開示の例示的な実施形態に関連し得る当技術分野の様々な態様を紹介することを意図している。この議論は、本開示の特定の態様をより良く理解しやすくするためのフレームワークを提供するのに役立つと思われる。したがって、この項目は、この観点で読むべきであり、必ずしも従来技術を認めるものとして読むべきとは限らないことを理解すべきである。 This article is intended to introduce various aspects of art that may be related to exemplary embodiments of the present disclosure. This discussion is believed to help provide a framework to facilitate a better understanding of certain aspects of the present disclosure. Accordingly, it should be understood that this section should be read in this light and not necessarily as an admission of prior art.

技術的な利便性を可能にするために電力を供給することができるエネルギー装置に対する依存度は、これまでになく増している。主に、電力は、連続的に動作する回路網グリッドから生じる。しかしながら、電力グリッドが利用できない遠隔場所または障害物に起因して、電力を非グリッドの源から供給する必要がある。エネルギーは、化学エネルギー貯蔵部、位置エネルギー貯蔵部、または運動エネルギー貯蔵部を含むこれらの源を使用して非グリッドの装置およびシステムから引き出され、また既存の電気グリッドフレームワークと互換性をもつように送達または変換され、電気的仕事を完了することができる。化学エネルギー貯蔵システムの例としては、リチウム電池、ニッケル電池、フローセル電池、および鉛酸電池が挙げられるが、これらに限定するものではない。位置エネルギー貯蔵システムの例としては、リチウムキャパシタ、スーパーキャパシタ、および電気二重層キャパシタ(「Electric Double-Layer Capacitor、ELDC」)などのパラメトリック装置が挙げられるが、これらに限定するものではない。運動エネルギー貯蔵システムの例としては、フライホイールなどの回転質量システム、および機械的/電気的変換処理により結合される他の機械的装置が挙げられるが、これらに限定するものではない。本開示全体を通して、これらの用語は、電圧を印加する、電流を供給する、および/または仕事を行うように電気エネルギーをそれぞれが送達することのできるエネルギー送達装置との関係において、交換可能に使用されてもよい。 There is an ever-increasing reliance on energy devices that can be powered to enable technological convenience. Mainly, power comes from a continuously operating network grid. However, due to remote locations or obstructions where the power grid is unavailable, power must be supplied from off-grid sources. Energy is drawn from off-grid devices and systems using these sources, including chemical energy storage, potential energy storage, or kinetic energy storage, and is designed to be compatible with existing electrical grid frameworks. can be delivered or converted to complete electrical work. Examples of chemical energy storage systems include, but are not limited to, lithium batteries, nickel batteries, flow cell batteries, and lead acid batteries. Examples of potential energy storage systems include, but are not limited to, parametric devices such as lithium capacitors, supercapacitors, and electric double-layer capacitors (“Electric Double-Layer Capacitors, ELDCs”). Examples of kinetic energy storage systems include, but are not limited to, rotating mass systems such as flywheels and other mechanical devices coupled by mechanical/electrical conversion processes. Throughout this disclosure, these terms are used interchangeably in relation to energy delivery devices that are each capable of applying voltage, supplying current, and/or delivering electrical energy to perform work. may be

電池、キャパシタ、または他のエネルギー貯蔵システムの性能特性は、一般に、装置の構造によって決定され、電気化学的貯蔵装置の場合には、それらの化学組成によって決定される。そのような特性には、体積エネルギー密度(単位体積当たりのワット時)、重量エネルギー密度(単位質量当たりのワット時)、電力密度(すなわち、装置からエネルギーが引き出され得る速度)、充電/放電サイクル寿命、動作温度範囲、電極電圧、経年化に対する全体的な安定性などが含まれるが、これらに限定するものではない。その上、電池の場合には、いくつかの化学組成は、故障状態の間、より安定的であり、そのため、熱暴走に対して、より抵抗性のある電池を生み出し、したがって、他の化学的組成物よりも「安全(safer)」であると考えられる。たとえば、リチウムイオン電池は、最も一般的に使用されている電気化学的エネルギー貯蔵装置の一つである。加えて、特定の原材料の市場価格が変動することに起因して、貯蔵されたエネルギーのワット時当たりの単価について検討した場合、異なる組成の電池セル間に著しい価格差が存在する可能性もある。 The performance characteristics of batteries, capacitors, or other energy storage systems are generally determined by the structure of the device and, in the case of electrochemical storage devices, by their chemical composition. Such properties include volumetric energy density (Watt-hours per unit volume), gravimetric energy density (Watt-hours per unit mass), power density (i.e., the rate at which energy can be drawn from the device), charge/discharge cycles. These include, but are not limited to, lifetime, operating temperature range, electrode voltage, overall stability over time, and the like. Moreover, in the case of batteries, some chemistries are more stable during fault conditions, thus producing batteries that are more resistant to thermal runaway; It is considered "safer" than the composition. For example, lithium ion batteries are one of the most commonly used electrochemical energy storage devices. In addition, due to fluctuations in the market price of certain raw materials, there can be significant price differences between battery cells of different compositions when considering the unit price per watt-hour of stored energy. .

国際特許出願第PCT/US2017/068301号International Patent Application No. PCT/US2017/068301 米国特許出願第16/760,762号U.S. Patent Application No. 16/760,762

R. Raoら、「Battery Modeling for Energy-Aware System Design」、Computer、36巻、第12号、77~87頁R. Rao et al., "Battery Modeling for Energy-Aware System Design," Computer, Vol. 36, No. 12, pp. 77-87.

電池セル(本明細書においては「エネルギーセル(energy cells)」とも呼ぶ)は、通常、直列および/または並列の組合せで結合されて、電池セルスタック(本明細書においては「セルスタック( cell stack)」または「電池スタック(battery stack)」とも呼ぶ)を形成し、適切な制御システムと組み合わされたとき、最新の電池ベースのエネルギー貯蔵/送達システムの基礎を形成する。しかしながら、(たとえば、複数の化学組成に基づく電池セルを含む)互いに異なる多数のエネルギー貯蔵源またはシステムを安全に組み合わせることができるエネルギー送達システムは、いまだに提供されておらず、したがって、その必要性がある。そのようなエネルギー貯蔵/送達システムは、電気的性能の利点のみならず、コスト、安全性、および/または寿命の利点を有する可能性もあり得る。たとえば、異なる化学組成のセルを慎重に組み合わせることによって、あるエネルギー貯蔵システムは、価格、安全性、ならびに/またはカレンダ寿命およびサイクル寿命の延長に向けて化学的に最適化されるセルで構成され得、別のエネルギー貯蔵システムは、いくつかの異なってはいるが、別の形で重要なパラメータに向けて最適化されるセルで構成され得る。 Battery cells (also referred to herein as "energy cells") are typically coupled in series and/or parallel combinations to form a battery cell stack (also referred to herein as a "cell stack"). )” or “battery stack”) and, when combined with a suitable control system, form the basis of modern battery-based energy storage/delivery systems. However, an energy delivery system that can safely combine multiple different energy storage sources or systems (including, for example, battery cells based on multiple chemistries) has not yet been provided, and thus the need exists. be. Such energy storage/delivery systems may have not only electrical performance advantages, but also cost, safety, and/or longevity advantages. For example, by carefully combining cells of different chemical composition, an energy storage system can consist of cells that are chemically optimized for cost, safety, and/or extended calendar and cycle life. , another energy storage system may consist of cells that are optimized towards a number of different but otherwise important parameters.

本発明の一態様は、エネルギー送達システムを提供する。当該エネルギー送達システムは、第1のエネルギー貯蔵システムと、第2のエネルギー貯蔵システムと、第1のエネルギー貯蔵システムと出力端子との間に結合された第1の可変インピーダンス回路網であって、第1の調整可能なインピーダンスを有する、第1の可変インピーダンス回路網と、第2のエネルギー貯蔵システムと出力端子との間に結合された第2の可変インピーダンス回路網であって、第2の調整可能なインピーダンスを有する、第2の可変インピーダンス回路網と、(1)第1の調整可能なインピーダンスを調整して、第1のエネルギー貯蔵システムによって出力端子に送達される第1の電流のレベルを変更するように第1の可変インピーダンス回路網に信号伝達すること、および(2)第2の調整可能なインピーダンスを調整して、第2のエネルギー貯蔵システムによって出力端子に送達される第2の電流のレベルを変更するように第2の可変インピーダンス回路網に信号伝達することを選択的に行うように構成された制御システムとを備える。 One aspect of the invention provides an energy delivery system. The energy delivery system comprises a first energy storage system, a second energy storage system, a first variable impedance network coupled between the first energy storage system and the output terminal, comprising: A first variable impedance network having an adjustable impedance of unity and a second variable impedance network coupled between the second energy storage system and the output terminal, the second adjustable and (1) adjusting the first adjustable impedance to change the level of the first current delivered to the output terminal by the first energy storage system. and (2) adjusting the second adjustable impedance to reduce the second current delivered to the output terminal by the second energy storage system. and a control system configured to selectively signal the second variable impedance network to change the level.

電池セルの一モデルの概略図である。1 is a schematic diagram of one model of a battery cell; FIG. 例示的な電池セルの充電状態に応じた直流内部抵抗(「DCIR(direct current internal resistance)」)および開回路電圧のプロットである。4 is a plot of direct current internal resistance (“DCIR”) and open circuit voltage as a function of state of charge for an exemplary battery cell; 直流負荷条件下の電池セルの一モデルの概略図である。1 is a schematic diagram of one model of a battery cell under DC load conditions; FIG. 例示的な単一の電池セルの異なるレベルの電池電流を各曲線が表す、電圧対充電状態の特性曲線族のグラフである。4 is a graph of a family of voltage versus state of charge characteristic curves, each curve representing a different level of battery current for an exemplary single battery cell; 直列に結合された多数の電池セルの一モデルの概略図である。1 is a schematic diagram of a model of multiple battery cells coupled in series; FIG. 直列に結合された多数の電池セルの簡略化された一モデルの概略図である。1 is a schematic diagram of a simplified model of multiple battery cells coupled in series; FIG. 例示的な電池セルスタックについて異なるセルスタック電流レベルで各曲線をとった、電圧対充電状態の特性曲線族のグラフである。4 is a graph of a family of voltage versus state of charge characteristic curves, with each curve taken at a different cell stack current level for an exemplary battery cell stack. 可変インピーダンス回路網とともに結合された電池セルスタックの一モデルの概略図である。1 is a schematic diagram of a model of a battery cell stack coupled with a variable impedance network; FIG. 可変インピーダンス回路網が、直列に結合された複数の切替え可能なダイオードを含む回路ブロック図である。FIG. 4 is a circuit block diagram in which the variable impedance network includes a plurality of switchable diodes coupled in series; 直列に結合された複数の切替え可能なダイオードを導入した結果として、例示的な電池セルスタックの電圧対充電状態の特性曲線族に対する影響の例を実証するグラフである。FIG. 4 is a graph demonstrating an example of the effect on the family of characteristic curves of voltage versus state of charge of an exemplary battery cell stack as a result of introducing multiple switchable diodes coupled in series. 可変インピーダンス回路網が、並列に結合された複数の切替え可能な抵抗性素子を含む回路ブロック図である。FIG. 4 is a circuit block diagram in which the variable impedance network includes a plurality of switchable resistive elements coupled in parallel; 抵抗性素子を導入した結果として、例示的な電池セルスタックの電圧対充電状態の特性曲線族に対する影響の例を実証するグラフである。FIG. 4 is a graph demonstrating an example of the effect on the voltage versus state of charge characteristic curve family of an exemplary battery cell stack as a result of introducing a resistive element. エネルギー送達システムのブロック図である。1 is a block diagram of an energy delivery system; FIG. 本開示の実施形態により構成されたエネルギー送達システムのブロック図である。1 is a block diagram of an energy delivery system configured in accordance with embodiments of the present disclosure; FIG. 図14のエネルギー送達システムの一モデルの概略図である。15 is a schematic diagram of one model of the energy delivery system of FIG. 14; FIG. 複数の切替え可能なダイオードが、可変インピーダンス回路網内で直列に結合されている、図14のエネルギー送達システムの一モデルの概略図である。15 is a schematic diagram of one model of the energy delivery system of FIG. 14, in which multiple switchable diodes are coupled in series in a variable impedance network; FIG. 本開示の実施形態により構成されたフローチャート図である。1 is a flowchart diagram arranged in accordance with an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の実施形態により構成されたエネルギー送達システムのブロック図である。1 is a block diagram of an energy delivery system configured in accordance with embodiments of the present disclosure; FIG. 本開示の実施形態により構成されたエネルギー送達システムのブロック図である。1 is a block diagram of an energy delivery system configured in accordance with embodiments of the present disclosure; FIG. 異なる化学組成を有する2つの電池セルスタックの例示的な放電中の電圧対充電状態の特性曲線族のグラフである。FIG. 4 is a graph of an exemplary family of characteristic curves of voltage during discharge versus state of charge for two battery cell stacks having different chemical compositions. 2つの異なる電池セルスタックの放電のプロットである。2 is a plot of the discharge of two different battery cell stacks; 本開示の実施形態により構成されたエネルギー送達システムのブロック図である。1 is a block diagram of an energy delivery system configured in accordance with embodiments of the present disclosure; FIG. 異なる化学組成を有する2つの異なる電池セルスタックの電圧対充電状態の特性曲線族のグラフである。1 is a graph of a family of voltage versus state-of-charge characteristic curves for two different battery cell stacks having different chemical compositions; 2つの異なる電池セルスタックの放電のプロットである。2 is a plot of the discharge of two different battery cell stacks;

本明細書に説明する特定の実施形態は、例示によって示されたものであり、本発明の実施形態の限定として示されたものでないことが理解されるであろう。本発明の主要な特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な実施形態に用いることができる。 It will be appreciated that the particular embodiments described herein are presented by way of illustration and not as limitations on embodiments of the invention. The main features of the invention can be used in various embodiments without departing from the scope of the invention.

本開示の実施形態について、電気化学的貯蔵システム(たとえば、電池技術)に関して説明するが、それは、他のタイプのエネルギー貯蔵および機械装置と比較して、そのエネルギー密度が向上したこと、ならびに展開される用途および使用法がより高まっていることによるものである。しかしながら、本開示の実施形態は、エネルギー貯蔵システムのための電池セルの利用に限定するものでなく、本明細書に説明する本開示の様々な実施形態は、限定するものではないが、位置エネルギー貯蔵システムおよび運動エネルギー貯蔵システムを含む、本明細書に開示されるエネルギー貯蔵システムなど、任意のタイプのエネルギー貯蔵システムの利用に適用できる。 Embodiments of the present disclosure are described in terms of electrochemical storage systems (e.g., battery technology) due to their improved energy density compared to other types of energy storage and mechanical devices, as well as their deployed This is due to the ever-increasing applications and uses of However, embodiments of the present disclosure are not limited to the use of battery cells for energy storage systems, and the various embodiments of the present disclosure described herein include, but are not limited to, potential energy It is applicable to use of any type of energy storage system, such as the energy storage systems disclosed herein, including storage systems and kinetic energy storage systems.

本開示の実施形態は、異なる化学組成または物理構造の多数のエネルギー貯蔵源/システムを、各システムの異なる性能特性に応じてシステムからエネルギーを送達するように構成された1つの共通制御システムと組み合わせ、そのため、組み合わされたシステムの様々な動作特性を最適化することができる、エネルギー送達システムを提供するものである。本開示の特定の実施形態によれば、並列に結合され、共通負荷に結合されている2つ以上の電池または他のエネルギー貯蔵システムを組み合わせるエネルギー送達システムが提供される。結合されたエネルギー貯蔵システムはそれぞれ、明らかに異なる化学組成、構造、または動作方法の電池セルを含んでいる。本開示の実施形態によれば、制御システムは、各エネルギー貯蔵システムの別個の可変インピーダンス回路網を利用して、たとえば各エネルギー貯蔵システムのサイクル寿命、放電深度、温度、送達電力、および/または認知安全性を最適化するために各エネルギー貯蔵システムの相対出力電流または放電速度を調整するように構成されている。たとえば、本開示の実施形態によれば、エネルギー送達システムは、異なる電池化学組成をそれぞれが有する2つ以上の電池セルスタックを含んでいてもよい。そのような多数の化学システムは、エネルギー送達システムを提供するために、共通制御システムの制御の下で、2つ以上の電池スタックを形成するように直列/並列接続されたセルの2つ以上の個々のグループを含んでいてもよい。そのような非限定的な例においては、各電池スタックは、セルの化学組成によって決定される独自の異なる性能特性をその中に有することができる。結合された負荷に出力電力を送達することになる電池システムを作り出すために、2つ以上の別個の電池スタックを並列に結合してもよい。本開示の特定の実施形態によれば、各電池スタックの直列セルカウントは、各スタックの合計スタック電圧が最適に一致するようにあらかじめ決定されていてもよい。本開示の特定の実施形態によれば、各電池スタックの並列セルカウントは、最終使用用途が必要とする各電池スタックのワット時の容量を最適化するようにあらかじめ決定されていてもよい。 Embodiments of the present disclosure combine multiple energy storage sources/systems of different chemical composition or physical structure with one common control system configured to deliver energy from the systems according to different performance characteristics of each system. , thus providing an energy delivery system that can optimize various operating characteristics of the combined system. According to certain embodiments of the present disclosure, energy delivery systems are provided that combine two or more batteries or other energy storage systems coupled in parallel and coupled to a common load. Each combined energy storage system includes battery cells of distinctly different chemical compositions, structures, or methods of operation. According to embodiments of the present disclosure, the control system utilizes a separate variable impedance network for each energy storage system to determine, for example, the cycle life, depth of discharge, temperature, power delivered, and/or perception of each energy storage system. It is configured to adjust the relative output current or discharge rate of each energy storage system to optimize safety. For example, according to embodiments of the present disclosure, an energy delivery system may include two or more battery cell stacks each having a different battery chemistry. Such multiple chemical systems combine two or more cells in series/parallel connection to form two or more battery stacks under the control of a common control system to provide an energy delivery system. It may contain individual groups. In such a non-limiting example, each battery stack can have unique and different performance characteristics therein determined by the chemical composition of the cells. Two or more separate battery stacks may be combined in parallel to create a battery system that will deliver output power to the combined load. According to certain embodiments of the present disclosure, the series cell count of each battery stack may be predetermined to optimally match the total stack voltage of each stack. According to certain embodiments of the present disclosure, the parallel cell count of each battery stack may be predetermined to optimize the Watt-hour capacity of each battery stack as required by the end-use application.

リチウムイオン電池セルは、一般に、エネルギー能力または電力能力に関係する2つのクラスに分けることができる。リチウムイオン「エネルギーセル(energy cell)」については、最大化された体積エネルギー密度または重量エネルギー密度を有すると説明されており、リチウムイオン貯蔵を最大化する内部化学組成を有するが、3C(ここでは、「C」は、電池容量を示す)を上回る大電流を送達することができるそれらの能力を制限する高い内部インピーダンスを有する。そのようなエネルギーセルは、ノート型コンピュータおよび携帯電話などの用途に利用され、この場合、エネルギーは、数時間または数日の期間にわたってゆっくりと引き出される。リチウムイオン「電力セル(power cell)」については、最大化された電流送達能力を有すると説明されており、内部インピーダンスを最小限にして、妨害のないリチウムイオンの質量移行を可能にする、したがって、セル端子電圧をそのカットオフ限界まで低下させることなく非常に大きいパルス電流または連続電流を送達可能にする内部化学組成を有する。電力セルは、8Cよりも大きく最大で50Cまでの放電速度を有することができる。通常、電力セルは、エネルギーセルと比較して、より厚い電流コレクタを有する。これらの内部構造および化学的相違により、結果的に、エネルギーセルと比較して、エネルギー貯蔵容量およびサイクル寿命能力は、より低くなる。電力セルは、通常、コードレスドリル、および他の工具などの用途に使用され、この場合、高いエネルギー量が短い時間期間にわたって送達されなくてはならず、貯蔵されたエネルギーがすべて、1時間以内などの放電時間にわたって引き出される。各セルの分類(電力またはエネルギー)の中に、様々なエネルギー密度および様々な内部抵抗値を含む広範囲のセル部の数が存在し得る。 Lithium-ion battery cells can generally be divided into two classes related to energy or power capabilities. Lithium-ion "energy cells" are described as having maximized volumetric or gravimetric energy densities, and have an internal chemical composition that maximizes lithium-ion storage, but the 3C (here , “C” indicates battery capacity) have high internal impedances that limit their ability to deliver large currents. Such energy cells are utilized in applications such as notebook computers and cell phones, where energy is slowly withdrawn over a period of hours or days. Lithium-ion "power cells" are described as having maximized current delivery capability, minimizing internal impedance to allow unhindered lithium-ion mass transfer, thus , has an internal chemical composition that allows it to deliver very large pulsed or continuous currents without lowering the cell terminal voltage to its cutoff limit. A power cell can have a discharge rate greater than 8C up to 50C. Power cells typically have thicker current collectors compared to energy cells. These internal structural and chemical differences result in lower energy storage capacity and cycle life capability compared to energy cells. Power cells are commonly used in applications such as cordless drills and other tools, where high amounts of energy must be delivered over a short period of time and all of the stored energy is delivered within an hour, for example. of discharge time. Within each cell category (power or energy), there may be a wide range of numbers of cell parts with different energy densities and different internal resistance values.

リチウムイオン電池は、広範囲の化学組成および構造技法に利用でき、それぞれ、次の表(表1)にリスト化されているサイクル寿命、コスト、安全性、およびエネルギー密度に関係する性能の特定の相対的利点および不利点を伴う。

Figure 2022544130000002
Lithium-ion batteries are available in a wide range of chemical compositions and construction techniques, each with specific relative performance related to cycle life, cost, safety, and energy density listed in the following table (Table 1). with commercial advantages and disadvantages.
Figure 2022544130000002

リスト化されている電池タイプはそれぞれ、他のものとは実質的に異なる化学組成を有すると言えよう。仮に設計者に、5000回の充電および放電サイクルの所要のサイクル寿命を伴うエネルギー貯蔵システムを設計するように課題が与えられた場合、この表から、リン酸鉄リチウム(「lithium iron phosphate、LFP」)またはリチウムチタン酸化物(「lithium titanium oxide、LTO」)はより適切な選択になる一方、リチウムニッケルマンガンコバルト(「lithium nickel manganese cobalt、NMC」)は、そのサイクル寿命が相対的により短いことに起因して適切な選択にならないことは明らかである。また、LFPおよびLTOは、利用可能な2つの最高コストの選択であるので、システムなどの相対コストが、より高くなることも明らかである。また、これらの2つのセルタイプのエネルギー密度は相対的により低いので、ワット時の任意の所与のシステム容量を達成するには、より多くのセルが必要になる。 Each listed battery type could be said to have a substantially different chemical composition than the others. If a designer were tasked with designing an energy storage system with a required cycle life of 5000 charge and discharge cycles, from this table lithium iron phosphate (LFP) ) or lithium titanium oxide (“lithium titanium oxide, LTO”) would be a better choice, while lithium nickel manganese cobalt (“lithium nickel manganese cobalt, NMC”) would have a relatively shorter cycle life. It is clear that it is not a good choice due to It is also clear that since LFP and LTO are the two highest cost choices available, the relative cost of such systems will be higher. Also, the energy densities of these two cell types are relatively lower, so more cells are required to achieve any given system capacity in Watt-hours.

様々なエネルギー貯蔵源/エネルギー貯蔵システムの異なる相対特性に関する前述の例示的な情報を解釈すると、可能なエネルギー貯蔵性能要件の大きいサブセットの場合、単一のエネルギー送達システムへと構成され得る2つ以上のセル化学的性質の組合せが存在し、それにより、システムの少なくともいくつかの特性は、たった一つの化学的性質のセルのみを使用して達成できるものよりも増強されることになる。 Interpreting the preceding exemplary information regarding the different relative characteristics of various energy storage sources/systems, for a large subset of the possible energy storage performance requirements, two or more can be configured into a single energy delivery system. of cell chemistries, such that at least some properties of the system are enhanced over those that can be achieved using only one cell chemistry.

本開示の実施形態の利点を実証するために、次に、LFPが約60%とNMCが約40%とのワット時容量比率で組み合わされた、LFPセルを含んでいる第1の電池スタックおよびNMCセルを含んでいる第2の電池スタックのエネルギー貯蔵システムを含む例示的なエネルギー送達システムについて説明し、このエネルギー送達システムは、LFPの相対的により長い寿命および増強された安全性特性を生かしているが、NMCの相対コストが抑えられていることおよびエネルギー密度特性がより高いことに起因して、より低いコストポイントおよびより小さいサイズで構成されている。本開示の例示的な実施形態によれば、システムの性能および特性は、セルの化学的性質および使用されるセルタイプ、ならびにそれらが組み合わせられる比率を調整することによって、さらに構成できる場合がある。本明細書において以降、説明する例示的な実施形態は、本開示の様々な実施形態により、リチウムイオン電池の異なる化学組成にそれぞれが基づいているエネルギー貯蔵素子の2つのスタックに基づいているシステムを提供するが、電池セルの第1のスタックおよびELDCの第2のスタックに基づいているシステムなどの他のエネルギー貯蔵システムを利用することもあり得、それにより、ピークパルス電力について最適化可能になり、電池を単独で使用して可能であることよりも高速な再充電を可能にすることができるようになる。本開示の実施形態によれば、(異なる化学的性質またはエネルギー貯蔵技術により構成された(たとえば、任意の位置エネルギー貯蔵システム、化学エネルギー貯蔵システム、および/または運動エネルギー貯蔵システムから選択された)そのようなシステムのうちの少なくとも2つ以上を含む)3つ以上のエネルギー貯蔵システムが、エネルギー送達システムの全体的なシステム性能および/または特性をさらにカスタマイズするために含められてもよい。 To demonstrate the advantages of embodiments of the present disclosure, then a first battery stack comprising LFP cells combined in a Watt-hour capacity ratio of about 60% LFP and about 40% NMC; and An exemplary energy delivery system including a second battery stack energy storage system containing NMC cells is described, which takes advantage of the relatively longer life and enhanced safety properties of LFPs. but at a lower cost point and smaller size due to the lower relative cost and higher energy density characteristics of NMC. According to exemplary embodiments of the present disclosure, system performance and characteristics may be further configurable by adjusting the cell chemistry and cell types used and the ratios in which they are combined. Exemplary embodiments described hereinafter describe a system based on two stacks of energy storage elements, each based on a different chemical composition of a lithium-ion battery, according to various embodiments of the present disclosure. provided, but could also utilize other energy storage systems, such as systems based on a first stack of battery cells and a second stack of ELDCs, allowing optimization for peak pulse power. , allowing faster recharging than is possible using the battery alone. According to embodiments of the present disclosure, the Three or more energy storage systems (including at least two or more of such systems) may be included to further customize the overall system performance and/or characteristics of the energy delivery system.

電池セルは、図1に示されている電子回路網としてモデル化され得る(たとえば、本明細書に参照によって本明細書によって組み込まれているR. Raoら、「Battery Modeling for Energy-Aware System Design」、Computer、36巻、第12号、77~87頁、2003年12月参照)。一般的に受け入れられているモデルは、開回路電圧(本明細書においては、「OCV」または「Voc」のいずれかと呼ぶ)を表す理想電圧源の均等物、電流(Is)が中を流れる内部直列抵抗(Rs)、ならびに直列および/または並列接続された抵抗器とキャパシタとの組合せの反応性構成要素(RnCn)を含み、ここで、Inは、反応性構成要素の中を流れる電流である。モデルは、セルインピーダンスの全反応性構成要素に寄与する多数(すなわちn個、ただしn1)のRC素子を含んでもよいことに留意されたい。 A battery cell can be modeled as the electronic network shown in FIG. 1 (see, for example, R. Rao et al., "Battery Modeling for Energy-Aware System Design , Computer, Vol. 36, No. 12, pp. 77-87, December 2003). The commonly accepted model is the equivalent of an ideal voltage source, representing the open-circuit voltage (referred to herein as either “OCV” or “V oc ”), the current (I s ) through contains a flowing internal series resistance (R s ) and a reactive component (R n C n ) of a combination of series and/or parallel connected resistors and capacitors, where I n is the reactive component is the current flowing through Note that the model may contain a large number (ie, n, where n 1) of RC elements contributing to the total reactive component of the cell impedance.

直流(「DC」)負荷条件下の電池端子の電圧(「Vbatt」)は、次の方程式により表される。
Vbatt=Voc-RsIs-ΣRnIn
The voltage at the battery terminals (“ Vbatt” ) under direct current (“DC”) load conditions is given by the following equation:
V batt = V oc -RsIs -ΣRnIn

電池の内部直列抵抗(Rs+ΣRn)は、直流内部抵抗(「DCIR」)と呼ぶこともある。DCIRは、電池の充電状態(「SOC」)に応じて変化する。 A battery's internal series resistance (R s +ΣR n ) is sometimes referred to as direct current internal resistance (“DCIR”). DCIR varies with the state of charge (“SOC”) of the battery.

図2は、典型的なNMC電池セルのSOCに応じた電池セルDCIRとOCVとの両方を示すグラフを例示している。充電状態が高いほど、Voc電圧は高くなり、DCIRは低くなる。DCIRは、低充電状態で増加し、特にSOCがおよそ30パーセント(30%)を下回ると増加する。 FIG. 2 illustrates a graph showing both battery cell DCIR and OCV as a function of SOC for a typical NMC battery cell. The higher the state of charge, the higher the Voc voltage and the lower the DCIR. DCIR increases at low state of charge, especially when SOC drops below approximately thirty percent (30%).

時間ベースの成分は、急激な負荷の変化ならびに充電および/または放電サイクル中の過渡応答およびファラデー寄与の主要因となり得ることに留意されたい。電流が時間とともに変化しないDC負荷条件下の電池セルの振舞い全体を考慮するとき、抵抗性素子は加算され得、容量性素子は無視され得、したがって、モデルは、
Vbatt=Voc-RbattIbatt
に簡略化され得る。
Note that the time-based component can dominate transient response and Faraday contributions during abrupt load changes and charge and/or discharge cycles. When considering the overall behavior of a battery cell under DC load conditions where the current does not change with time, the resistive elements can be added and the capacitive elements can be neglected, so the model is
V batt =V oc -R batt I batt
can be simplified to

この簡略化されたセルモデルは、図3に示されている。結果として、Vbattは、異なるIbatt電流値でとられた様々な電流における電圧対SOC曲線(本明細書においては、VI特性曲線とも呼ぶ)族によって特徴付けることができる。典型的な単一のNMCセルのこのVI特性曲線族は、図4に示されている。(図4、および電圧対SOC曲線のグラフを示す他の図においては、各線は、C、すなわち電池の定格容量に関係する異なる電流値における電圧を表している。) This simplified cell model is shown in FIG. As a result, V batt can be characterized by a family of voltage versus SOC curves (also referred to herein as VI characteristic curves) at various currents taken at different I batt current values. This family of VI characteristic curves for a typical single NMC cell is shown in FIG. (In FIG. 4 and other figures showing graphs of voltage vs. SOC curves, each line represents the voltage at a different current value related to C, the rated capacity of the battery.)

図5を参照すると、多数(n個)の同一の電池セルが直列に結合されているとき、モデルは、
Vbatt=n(Voc-RbattIbatt)
と表すことができ、ここで、nは、直列の電池セルの数である。簡略化されたモデルが図6に示されている。
Referring to Figure 5, when a large number (n) of identical battery cells are coupled in series, the model is
V batt =n(V oc -R batt I batt )
where n is the number of battery cells in series. A simplified model is shown in FIG.

図7を参照すると、先に説明した単一の電池セルの例と同様に、そのような直列接続されたセルシステム(この非限定的な例においては、11個のセルが直列に接続されている、先に説明した典型的なNMCセルの電池スタック)について、例示的なVI特性曲線族を生成することができる。 Referring to FIG. 7, similar to the single battery cell example described above, such a series-connected cell system (11 cells in this non-limiting example are connected in series). An exemplary family of VI characteristic curves can be generated for a typical NMC cell battery stack described above).

図8を参照すると、電池スタックは、可変インピーダンス回路(本明細書においては、「Zvar」または「Zvariable」のいずれかと呼ぶ)に結合され得る。Zvarという用語は、切替え可能な素子の回路網として構成され得る回路の可変インピーダンスを表す(したがって、本明細書においては、可変インピーダンス回路を「可変インピーダンス回路網」とも呼ぶことになる)。任意の所与の出力電流値の場合、Zvarという用語は、そのように備えられた各エネルギー源(たとえば、電池セルスタック)が、Zvarの値を調整することによって、その通常の特性電圧曲線の位置(つまり、Zvar=0のときに観察される放電曲線)に対して、そのVbatt出力特性曲線の位置を下方に移動させることを可能にする。 Referring to FIG. 8, the battery stack may be coupled to a variable impedance circuit (referred to herein as either " Zvar " or " Zvariable "). The term Z var denotes the variable impedance of a circuit that can be configured as a network of switchable elements (hence the variable impedance circuit will also be referred to herein as the "variable impedance network"). For any given value of output current, the term Zvar means that each energy source so equipped (e.g., battery cell stack) can be adjusted to its normal characteristic voltage by adjusting the value of Zvar . Allows the position of the V batt output characteristic curve to be shifted downward relative to the position of the curve (ie the discharge curve observed when Z var =0).

本開示の実施形態は、可変インピーダンス回路および/または回路網の中で任意の適切な回路機構を利用するように構成され得る。国際特許出願第PCT/US2017/068301号(本明細書においては以降、「PCT/US2017/068301」と呼ぶ)には、本明細書に説明する本開示の様々な実施形態による可変インピーダンス回路網内で利用することができる切替え可能な素子を含む回路機構の例示的な実装形態について開示されている。図9に示されているように、PCT/US2017/068301に開示されている第1の実装形態(PCT/US2017/068301からの図6が、図9として与えられている)は、いくつかの直列接続された切替え可能なダイオード回路610a…610cを利用しており、それらは、システム600をリアルタイムで監視していることができる制御システム602によって行われる制御アルゴリズムに従って、選択的に、回路に挿入されてもまたは回路から除去されてもよい(切替え用素子、たとえば、FETを使用して)。図9に示されている実施形態は、3つの直列接続された切替え可能なダイオード回路610a~610cを示しているが、より多くのまたはより少ないそのような切替え可能なダイオード回路が、正確なシステム構成および最終用途の要件に応じて利用されてもよい。図9に示されている残りの素子については、簡単にするためにこれ以上説明しないが、PCT/US2017/068301を見直すことによって参照できることに留意されたい。 Embodiments of the present disclosure may be configured to utilize any suitable circuitry in variable impedance circuits and/or circuitry. International Patent Application No. PCT/US2017/068301 (hereinafter referred to as "PCT/US2017/068301") describes a variable impedance network in accordance with various embodiments of the present disclosure described herein. Exemplary implementations of circuitry including switchable elements that can be utilized in are disclosed. As shown in FIG. 9, a first implementation disclosed in PCT/US2017/068301 (FIG. 6 from PCT/US2017/068301 is given as FIG. 9) includes several Utilizing series-connected switchable diode circuits 610a...610c, they are selectively inserted into the circuit according to a control algorithm performed by a control system 602 which can monitor the system 600 in real time. or removed from the circuit (using switching elements, eg, FETs). Although the embodiment shown in FIG. 9 shows three series-connected switchable diode circuits 610a-610c, more or fewer such switchable diode circuits may be used in an accurate system. May be utilized depending on configuration and end use requirements. Note that the remaining elements shown in FIG. 9 are not further described for simplicity, but can be referenced by reviewing PCT/US2017/068301.

図10は、いくつかの直列接続されたダイオード(この場合には、5個の理想ダイオード)が回路内に導入されたときの特性曲線の位置に対する影響を示している。特性曲線はそれぞれ、インピーダンス挿入なし(すなわち、Zvariable=0)に対して同じ量だけ下方にシフトしている(電圧が下がっている)ことに注意されたい。この非限定的な例においては、Zvariable=5*Vfであり、ここで、Vfは、理想ダイオードの順方向電圧である。電池電流は、このシフトのレベルにまったく影響を及ぼさず、すなわち、各電流レベルの曲線は、同じ量だけシフトすることに留意されたい。直列接続された切替え可能なダイオードを使用するこの実施形態の可変的性質は、任意の数のダイオード(すなわち、ゼロ個のダイオードから、最大数の実装ダイオードまで)を任意のときに回路に追加または回路から除去することができるということから生じる。したがって、実装された電池セルスタックに関連するVI特性曲線は、そのような可変インピーダンス回路網により構成されたエネルギー送達システムの動作中、任意のときに上方にまたは下方にシフトさせることができる。 FIG. 10 shows the effect on the position of the characteristic curve when several series-connected diodes (in this case five ideal diodes) are introduced into the circuit. Note that each characteristic curve is shifted downward (lower voltage) by the same amount relative to no impedance insertion (ie, Z variable =0). In this non-limiting example, Z variable =5*Vf, where Vf is the forward voltage of the ideal diode. Note that the battery current has no effect on the level of this shift, ie the curve for each current level shifts by the same amount. The variable nature of this embodiment, which uses series-connected switchable diodes, allows any number of diodes (i.e., from zero diodes up to the maximum number of implemented diodes) to be added or added to the circuit at any time. It arises from the fact that it can be removed from the circuit. Accordingly, the VI characteristic curve associated with an implemented battery cell stack can be shifted upwards or downwards at any time during operation of an energy delivery system configured with such variable impedance networks.

図11は、PCT/US2017/068301に開示されている切替え可能な素子を含む回路機構の第2の例示的な実装形態を提供する(PCT/US2017/068301からの図7が、図11として与えられている)。この例示的な実装形態においては、切替え可能な素子を含む回路機構は、切替え可能な抵抗性素子750a~750dの並列接続として構成されている。各切替え可能な抵抗性素子は、制御システム702によって行われる制御アルゴリズムに従って、選択的に、回路に挿入されてもまたは回路から除去されてもよく(切替え用素子、たとえば、FETを使用して)、切替え可能な抵抗器回路網の総インピーダンスは、所与のときにオンまたはオフに切り替えられる切替え可能な抵抗性素子の数によって決定される。図9に関して説明したのとほとんど同じやり方で、そのような回路機構において抵抗を加算または減算すると、結果的に、電池セルスタックのVI特性曲線の位置のシフトがもたらされることになる。図11に示されている残りの素子については、簡単にするためにこれ以上説明しないが、PCT/US2017/068301を見直すことによって参照できることに留意されたい。 FIG. 11 provides a second exemplary implementation of circuitry including switchable elements disclosed in PCT/US2017/068301 (FIG. 7 from PCT/US2017/068301 is provided as FIG. 11). ). In this exemplary implementation, circuitry including switchable elements is configured as a parallel connection of switchable resistive elements 750a-750d. Each switchable resistive element may be selectively inserted into or removed from the circuit (using a switching element, eg, a FET) according to a control algorithm performed by control system 702. , the total impedance of a switchable resistor network is determined by the number of switchable resistive elements that are switched on or off at a given time. Adding or subtracting resistance in such circuitry in much the same way as described with respect to FIG. 9 will result in a shift in the position of the VI characteristic curve of the battery cell stack. Note that the remaining elements shown in FIG. 11 are not further described for simplicity, but can be referenced by reviewing PCT/US2017/068301.

図12は、0オームの値に設定された(すなわち、Zvariable=0)切替え可能な抵抗性素子を含む回路機構による特性曲線と、1オームの値に設定された(すなわち、Zvariable=1オーム)切替え可能な抵抗性素子を含む回路機構による曲線との比較を示している。分かり得るように、結果として得られる特性シフトは、切替え可能なダイオードが実装されているときの例示的な実装形態に関して実証されたものとは性質が異なる。すべての曲線を図10に示されているのと等しい量だけ下方向にシフトさせているのではなく、各曲線の下方向シフトの大きさは、各曲線によって表される電流に比例する。これにより、結果的に、固定された電圧値によってすべての曲線が下方向にシフトするのではなく、様々な特性曲線が「離れて広がる(spreading apart)」ことになる。抵抗器にわたる電圧降下は、電流×抵抗であるが、理想ダイオードにわたる電圧降下は、電流に依存しない固定電圧である。そのため、切替え可能な抵抗性素子の回路網の場合には、VI特性曲線に対する影響は、電流に依存する(たとえば、0の電流は、結果的に0の電圧降下をもたらし、1倍の電流は、結果的に1倍の電圧降下をもたらし、2倍の電流は、結果的に2倍の電圧降下をもたらす、など)。このことは、各特定の電流レベルにおけるVI特性曲線が、抵抗に応じて「広がる(spread)」ことになり、挿入される抵抗が高いほど、結果的に、より多く広がることになることを意味する。切替え可能なダイオードの場合には、順方向電圧降下は、電流の大きさにかかわらず、固定される。そのため、VI特性曲線はすべて、回路へと切り替えられるダイオードの数(すなわち、スイッチによって短絡されないダイオードの数)だけ下方向にシフトする。ダイオードに存在する電流の大きさにかかわらず、1つのダイオードは、同じ量(たとえば、Vf=0.75V)だけ曲線をすべて下方にシフトさせ、2つのダイオードは、1.5Vだけ曲線を下方にシフトさせ、5つのダイオードは、3.75Vだけ曲線を下方にシフトさせる、などになる。 FIG. 12 shows the characteristic curve with a circuit arrangement including a switchable resistive element set to a value of 0 ohms (ie Z variable =0) and a value of 1 ohm (ie Z variable =1 ohms) is shown in comparison to the curve with a circuit arrangement that includes a switchable resistive element. As can be seen, the resulting characteristic shift is of a different nature than demonstrated for the exemplary implementation when a switchable diode is implemented. Rather than all curves being shifted downward by an equal amount as shown in FIG. 10, the magnitude of the downward shift of each curve is proportional to the current represented by each curve. This results in the various characteristic curves "spreading apart" rather than all curves being shifted downward by a fixed voltage value. The voltage drop across a resistor is current times resistance, while the voltage drop across an ideal diode is a fixed voltage independent of current. So for a network of switchable resistive elements the effect on the VI characteristic curve is current dependent (e.g. 0 current results in 0 voltage drop, 1× current results in , resulting in a single voltage drop, twice the current resulting in a double voltage drop, etc.). This means that the VI characteristic curve at each particular current level will "spread" with resistance, the higher the resistance inserted, the more spread will result. do. For switchable diodes, the forward voltage drop is fixed regardless of the magnitude of the current. Therefore, all VI characteristic curves are shifted downward by the number of diodes that are switched into the circuit (ie, the number of diodes that are not shorted by the switch). Regardless of the amount of current present in the diodes, one diode will all shift the curve downward by the same amount (e.g., Vf=0.75V), and two diodes will shift the curve downward by 1.5V. , 5 diodes shifts the curve downward by 3.75V, and so on.

図13を参照すると、システム1300が示されており、ここでは、電池スタック1301が、複数の直列接続された電池セルを含み、可変インピーダンス回路網1302が、Vo Positive端子で電圧を呈する。電池スタック1301内の各セルでは、その電圧がアナログフロントエンド測定装置(「analog front end measurement device、AFE」)1303によって監視される。AFE1303はまた、温度データを収集し、収集されたデータを制御システム(たとえば、マイクロコントローラ「MCU」)1304に送達してもよい。電池スタック1301は、センス抵抗器(Rsense)1305を介してVo Negativeに結合され得る。センス抵抗器1305の各側は、燃料ゲージ集積回路(「IC」)1306に結合されて、電流がセンス抵抗器1305に存在するときはいつでも、電池電流(io)の値を表す電圧を燃料ゲージIC1306に提供することができる。燃料ゲージIC1306は、電池スタック1301の充電状態(「SOC」)に関する情報をMCU1304と通信することができる。MCU1304は、可変インピーダンス回路網1302に結合され、可変インピーダンス回路網1302を制御する。MCU1304は、所定の方式でシステム1300の動作状態を制御する(たとえば、最適化する)ように構成された1つまたは複数の制御アルゴリズムを行うことができる。たとえば、制御システム1304によって動作する制御アルゴリズムは、電池スタック1301の状態を決定し可変インピーダンス回路網1302を操作して、このパラメータを決定するVI特性曲線の位置を調整することによってシステム1300のVo Positive端子に呈される電圧を制御する(たとえば、調整または修正する)ように構成され得る。MCU1304は、データおよび/または情報を外部のホストシステムに(たとえば、通信リンクまたはバス1307を介して)伝達するように構成され得る。 Referring to FIG. 13, a system 1300 is shown where a battery stack 1301 includes multiple series-connected battery cells and a variable impedance network 1302 presents a voltage at the V o Positive terminal. For each cell in battery stack 1301 , its voltage is monitored by an analog front end measurement device (“analog front end measurement device, AFE”) 1303 . AFE 1303 may also collect temperature data and deliver the collected data to control system (eg, microcontroller “MCU”) 1304 . The cell stack 1301 can be coupled to V o Negative through a sense resistor (Rsense) 1305 . Each side of the sense resistor 1305 is coupled to a fuel gauge integrated circuit (“IC”) 1306 to generate a voltage representing the value of the battery current (i o ) whenever current is present across the sense resistor 1305 . Can be provided to gauge IC1306. Fuel gauge IC 1306 can communicate information regarding the state of charge (“SOC”) of battery stack 1301 to MCU 1304 . MCU 1304 is coupled to variable impedance network 1302 and controls variable impedance network 1302 . MCU 1304 can implement one or more control algorithms configured to control (eg, optimize) the operating state of system 1300 in a predetermined manner. For example, a control algorithm operated by control system 1304 determines the state of battery stack 1301 and manipulates variable impedance network 1302 to adjust the position of the VI characteristic curve that determines this parameter, V o of system 1300 . It may be configured to control (eg, adjust or modify) the voltage presented to the Positive terminal. MCU 1304 may be configured to communicate data and/or information to an external host system (eg, via communication link or bus 1307).

図14を参照すると、本開示の実施形態により構成されたエネルギー送達システム1400が示されている。エネルギー送達システム1400においては、第1の電池セルスタック1401aが、第2の電池セルスタック1401bに並列に結合されており、ここでは、電池セルスタック1401aおよび1401bはそれぞれ、同様の制御回路および監視用回路に結合され得る。電池セルスタック1401a、1401bは、共通制御システム(たとえば、マイクロコントローラ「MCU」)1404に結合され得、それにより、各電池スタックからのパラメトリック情報が(たとえば、同時に)収集され、可変インピーダンス回路網1402a、1402bのうちのいずれかまたは両方の動作を制御するように制御アルゴリズムが行われ得る。電池スタック1401a内の各セルの電圧は、アナログフロントエンド測定装置(「AFE」)1403aによって監視され得る。AFE1403aはまた、温度データを収集し、収集されたデータを制御システム1404に送達してもよい。電池スタック1401aは、センス抵抗器(Rsense)1405aを介してVo Negativeに結合され得る。センス抵抗器1405aの各側は、燃料ゲージ集積回路(「IC」)1406aに結合されて、電流がセンス抵抗器1405aに存在するときはいつでも、電池電流(i1)の値を表す電圧を燃料ゲージIC1406aに提供することができる。燃料ゲージIC1406aは、電池スタック1401aの充電状態(「SOC」)に関する情報を制御システム1404と通信することができる。電池スタック1401b内の各セルの電圧は、AFE1403bによって監視され得る。AFE1403bはまた、温度データを収集し、収集されたデータを制御システム1304に送達してもよい。電池スタック1401bは、センス抵抗器(Rsense)1405bを介してVo Negativeに結合され得る。センス抵抗器1405bの各側は、燃料ゲージIC1406bに結合されて、電流がセンス抵抗器1405bに存在するときはいつでも、電池電流の(i2)値を表す電圧を燃料ゲージIC1406bに提供することができる。燃料ゲージIC1406bは、電池スタック1401bのSOCに関する情報を制御システム1304と通信することができる。本質的には、燃料ゲージIC1406a、1406bは、瞬間電流、さらには電池温度を測定し、次いで、測定したデータまたはデジタル的に送達されてきたデータから、平均電流、瞬間充電状態、電池スタックが経験した充電/放電サイクルの回数、電池スタックの抵抗、および他のパラメータを計算するように構成され得る。 Referring to FIG. 14, shown is an energy delivery system 1400 configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. In energy delivery system 1400, a first battery cell stack 1401a is coupled in parallel to a second battery cell stack 1401b, where battery cell stacks 1401a and 1401b each have similar control circuitry and monitoring. can be coupled to the circuit. The battery cell stacks 1401a, 1401b may be coupled to a common control system (eg, microcontroller "MCU") 1404 whereby parametric information from each battery stack is collected (eg, simultaneously) and controlled by the variable impedance network 1402a. , 1402b may be implemented to control the operation of either or both. The voltage of each cell in battery stack 1401a can be monitored by analog front-end measurement equipment (“AFE”) 1403a. AFE 1403 a may also collect temperature data and deliver the collected data to control system 1404 . Battery stack 1401a may be coupled to V o Negative through sense resistor (Rsense) 1405a. Each side of the sense resistor 1405a is coupled to a fuel gauge integrated circuit (“IC”) 1406a to generate a voltage representing the value of the battery current (i 1 ) whenever current is present in the sense resistor 1405a. Can be provided to gauge IC1406a. The fuel gauge IC 1406a can communicate information to the control system 1404 regarding the state of charge (“SOC”) of the battery stack 1401a. The voltage of each cell in battery stack 1401b may be monitored by AFE 1403b. AFE 1403b may also collect temperature data and deliver the collected data to control system 1304 . Battery stack 1401b may be coupled to V o Negative through sense resistor (Rsense) 1405b. Each side of sense resistor 1405b can be coupled to fuel gauge IC 1406b to provide fuel gauge IC 1406b with a voltage representing the (i 2 ) value of the battery current whenever current is present in sense resistor 1405b. can. The fuel gauge IC 1406b can communicate with the control system 1304 information regarding the SOC of the battery stack 1401b. Essentially, the fuel gauge ICs 1406a, 1406b measure the instantaneous current, as well as the battery temperature, and then, from measured or digitally delivered data, determine the average current, instantaneous state of charge, and the battery stack experience. It can be configured to calculate the number of charge/discharge cycles performed, the resistance of the battery stack, and other parameters.

本開示の特定の実施形態によれば、Vo Positive出力端子は、可変インピーダンス回路網1402a、1402b間で共通であることに留意されたい。結果として、本開示の実施形態によれば、可変インピーダンス回路網1402a、1402bは、システム1300内で行われるように端子Vo Positiveに呈される出力電圧を制御するのではなく、制御システム1404からの信号による選択的な制御の下で、各可変インピーダンス回路網1402a、1402bの中を流れ出力端子に送達される電流のレベルを制御するように構成され得る。制御システム1404による可変インピーダンス回路網1402a、1402bの選択的制御は、電池スタック1401a、1401bがそれぞれ、エネルギー送達システム1400の所定の性能基準に従って、所定の出力電流範囲に維持されるように行うことができる。 Note that according to certain embodiments of the present disclosure, the V o Positive output terminal is common between variable impedance networks 1402a, 1402b. As a result, according to embodiments of the present disclosure, variable impedance networks 1402a, 1402b control the output voltage presented to terminal Vo Positive from control system 1404, as is done in system 1300. can be configured to control the level of current that flows through each variable impedance network 1402a, 1402b and is delivered to the output terminals under selective control by signals of . Selective control of the variable impedance networks 1402a, 1402b by the control system 1404 may be performed such that the battery stacks 1401a, 1401b, respectively, are maintained within predetermined output current ranges according to predetermined performance criteria of the energy delivery system 1400. can.

制御システム1404は、データおよび/または情報を外部のホストシステムに(たとえば、通信リンクまたはバス1407を介して)伝達するように構成され得る。様々な構成要素間の内部通信および/または制御システム1404からの外部通信は、ワイヤードであっても、またはワイヤレスであってもよい。利用可能な通信プロトコルには、SMB、I2C、RS232、TTL、Serial、USB、CAN、Networkなどが含まれるが、これらに限定するものではない。 Control system 1404 may be configured to communicate data and/or information to external host systems (eg, via communication link or bus 1407). Internal communications between various components and/or external communications from control system 1404 may be wired or wireless. Available communication protocols include, but are not limited to, SMB, I2C, RS232, TTL, Serial, USB, CAN, Network.

非限定的な例においては、可変インピーダンス回路網1402a、1402bは、図11のシステム700において利用される切替え可能な抵抗性素子750a…750dの構成など、複数の切替え可能な抵抗性素子を含んでいてもよい。各スイッチ710a…710dは、所定の制御アルゴリズムに従って、制御システム1404によって個々に開くこともまたは閉じることもできる。抵抗器750a…750dは、同じ抵抗値により構成することも、または異なる抵抗値により構成することもできる。それらの対応するスイッチ710a…710dによって並列に結合されている抵抗器750a…750dの数を改変することによって、可変インピーダンス回路網1402a、1402bのうちのいずれかまたは両方の実効抵抗は、所定の範囲にわたって(たとえば、所定の最小抵抗値から所定の最大抵抗値まで)調整することができる。 In a non-limiting example, variable impedance network 1402a, 1402b includes a plurality of switchable resistive elements, such as the configuration of switchable resistive elements 750a...750d utilized in system 700 of FIG. You can Each switch 710a...710d can be individually opened or closed by the control system 1404 according to a predetermined control algorithm. Resistors 750a...750d can be configured with the same resistance value or with different resistance values. By altering the number of resistors 750a...750d coupled in parallel by their corresponding switches 710a...710d, the effective resistance of either or both of the variable impedance networks 1402a, 1402b can be adjusted to a predetermined range. (eg, from a predetermined minimum resistance value to a predetermined maximum resistance value).

エネルギー送達システム1400は、図15に示されている簡略化されたモデルによって表すことができ、それは、方程式、
Vo Positive=V1-R1*i1-i1*Variable R1
Vo Positive=V2-R2*i2-i2*Variable R2
i1+i2=i出力
によって記述することができる。
Energy delivery system 1400 can be represented by the simplified model shown in FIG.
V o Positive=V 1 -R 1 *i 1 -i 1 *Variable R1
V o Positive=V 2 -R 2 *i 2 -i 2 *Variable R2
It can be described by i 1 +i 2 =i output.

エネルギー送達システム1400が、(たとえば、材料および/または化学組成が異なっているために)動作パラメータの異なる組を有する、ここでは、セルスタック1401aがセルスタック1401bに対してより高いサイクル寿命により構成されたセルを含み、セルスタック1401bがセルスタック1401a対してより低いサイクル寿命により構成されたセルを含むが、より高い相対エネルギー密度のセルを含んでもよい、電池セルスタックを含んでいる本開示の例示的な実施形態について考える。2つのセルスタックのエネルギー容量は、ほぼ同じであると仮定する。本開示の実施形態によれば、放電中、より高い相対サイクル寿命を有するセルスタック(すなわち、セルスタック1401a)がエネルギーの大部分を送達することが、エネルギー送達システム1400の動作にとって有利である場合があり得る。たとえば、本開示の実施形態によれば、制御システム1404は、セルスタック1401aのより長いサイクル寿命を活用するために、放電中、セルスタック1401aから引き出される電流は、セルスタック1401bから引き出される電流の2倍になるように、すなわち、言い換えれば、セルスタック1401aから引き出される周期的エネルギーは、セルスタック1401bから引き出される周期的エネルギーの2倍になるように構成され得る。そのような例示的な動作シナリオの下で、方程式は、次のように、
i1=2*i2(i1は、つねにi2の2倍である)
Vo Positive=V1-R1*2*i2-2*i2*Variable R1、および
Vo Positive=V2-R2*i2-i2*Variable R2
書き換えることができる。
Energy delivery systems 1400 have different sets of operating parameters (e.g., due to different materials and/or chemical compositions), where cell stack 1401a is configured with a higher cycle life relative to cell stack 1401b. and cell stack 1401b includes cells configured with a lower cycle life relative to cell stack 1401a, but may include cells of higher relative energy density. Consider a typical embodiment. Assume that the energy capacities of the two cell stacks are approximately the same. According to embodiments of the present disclosure, it is advantageous for the operation of energy delivery system 1400 that the cell stack with the higher relative cycle life (i.e., cell stack 1401a) delivers the majority of the energy during discharge. can be. For example, according to embodiments of the present disclosure, the control system 1404 ensures that the current drawn from the cell stack 1401a during discharge is less than the current drawn from the cell stack 1401b to take advantage of the longer cycle life of the cell stack 1401a. It can be configured to double, or in other words, the periodic energy drawn from cell stack 1401a is twice the periodic energy drawn from cell stack 1401b. Under such an exemplary operating scenario, the equations are:
i 1 =2*i 2 (i 1 is always twice i 2 )
V o Positive=V 1 -R 1 *2*i 2 -2*i 2 *Variable R1, and
V o Positive=V 2 -R 2 *i 2 -i 2 *Variable R2
can be rewritten.

値V1、V2、R1、およびR2は、セルスタック1401a、1401bにおいて利用される電池セルのタイプに関連するセル特性化曲線(図2に示したものなど)から知ることができ、したがって、i1=2*i2の条件を維持するようにVariable R1およびVariable R2の値について方程式を解き、したがって、適切な値により可変インピーダンス回路網1402a、1402bを構成することは自明である。 The values V 1 , V 2 , R 1 , and R 2 can be found from cell characterization curves (such as those shown in FIG. 2) associated with the types of battery cells utilized in the cell stacks 1401a, 1401b, It is therefore trivial to solve the equations for the values of Variable R1 and Variable R2 so as to maintain the condition i 1 =2*i 2 and thus configure the variable impedance networks 1402a, 1402b with appropriate values.

エネルギー送達システム1400はまた、図16に示されている簡略化されたモデルによって表すことができ、ここでは、可変インピーダンス回路網1402a、1402bはそれぞれ、図9のシステム600において利用される切替え可能なダイオード610a…610cの構成など、複数の切替え可能なダイオードを含む。切替え可能なダイオード610a…610cはそれぞれ、ダイオードの周りのあらゆる電流をバイパスすることができるスイッチ(たとえば、FET)と結合される。スイッチは、制御システム1404から受け取られた制御信号(たとえば、図9の制御信号621a…621cと同様の)に従って、開くことも、または閉じることもできる。ダイオードはそれぞれ、同じまたは異なる順方向電圧降下(Vf)値により構成され得る。関連のスイッチが開かれ、したがってそれらの関連する可変インピーダンス回路網1402a、1402bに対して順方向電圧降下に寄与するダイオードの数と、関連スイッチが閉じられ、したがってそれらの関連する可変インピーダンス回路網1402a、1402bに対して順方向電圧降下に寄与しないダイオードの数は、制御システム1404によって調整可能であり、そのため、電圧降下の和は、可変である。 Energy delivery system 1400 can also be represented by the simplified model shown in FIG. 16, where variable impedance networks 1402a, 1402b are each a switchable impedance network utilized in system 600 of FIG. It includes a plurality of switchable diodes, such as the arrangement of diodes 610a...610c. Each of the switchable diodes 610a...610c is coupled with a switch (eg, FET) that can bypass any current around the diode. The switches can be opened or closed according to control signals received from control system 1404 (eg, similar to control signals 621a...621c of FIG. 9). Each diode can be configured with the same or different forward voltage drop (Vf) values. The number of diodes whose associated switches are open, thus contributing to the forward voltage drop for their associated variable impedance networks 1402a, 1402b, and the number of diodes whose associated switches are closed, thus their associated variable impedance networks 1402a , 1402b is adjustable by the control system 1404, so the sum of the voltage drops is variable.

図15に関して説明した例と同様に、このシステムは、方程式、
Vo Positive=V1-Vvar1-i1*R1
Vo Positive=V2-Vvar2-i2*R2
i1+ i2=i出力
によって記述することができる。
Similar to the example described with respect to Figure 15, this system uses the equation
V o Positive=V 1 -V var1 -i 1 *R 1
VoPositive =V2 - Vvar2 - i2* R2
It can be described by i 1 + i 2 =i outputs.

この場合も、先の例にあるように、エネルギー送達システム1400が、たとえば、ここでは、セルスタック1401aがセルスタック1401bに対して非常に高いサイクル寿命により構成されたセルを含み、セルスタック1401bがセルスタック1401aに対してより低いサイクル寿命により構成されたセルを含むが、より高い相対エネルギー密度を含んでもよい、2つの異なる電池セルを含むことについて考える。2つのセルスタックのエネルギー容量は、ほぼ同じであると仮定する。また、先の例と同様に、i1=2*i2が望ましく、したがって、方程式が次のように、
i1+i2=i 出力
i1=2*i2(i1は、つねにi2の2倍である)
Vo Positive=V1-Vvar1-2*i2*R1
Vo Positive=V2-Vvar2-i2*R2
書き換えられるエネルギー送達システム1400について考える。
Again, as in the previous example, the energy delivery system 1400, for example, where cell stack 1401a includes cells configured with a very high cycle life relative to cell stack 1401b, cell stack 1401b Consider including two different battery cells that may include cells configured with a lower cycle life but higher relative energy density for cell stack 1401a. Assume that the energy capacities of the two cell stacks are approximately the same. Also, as in the previous example, we want i 1 =2*i 2 , so the equation becomes
i 1 +i 2 =i output
i 1 =2*i 2 (i 1 is always twice i 2 )
VoPositive =V1 - Vvar1-2 * i2* R1
VoPositive =V2 - Vvar2 - i2* R2
Consider a rewritten energy delivery system 1400 .

この場合も、値V1、V2、R1、およびR2は、図3に示されているものなどのセル特性化曲線からわかり、したがって、i1=2*i2の条件を維持するようにVvar1およびVvar2の正確な値について方程式を解き、適切な値により各インピーダンス回路網におけるアクティブダイオードの数を構成することは自明である。 Again , the values V1, V2, R1 , and R2 are found from a cell characterization curve such as that shown in FIG. 3 , thus maintaining the condition i1 = 2 *i2. It is trivial to solve the equations for the exact values of V var1 and V var2 as follows, and configure the number of active diodes in each impedance network with appropriate values.

値V1、V2、R1、およびR2は、セルスタック1401a、1401bにおいて利用される電池セルのタイプに関連するセル特性化曲線(図2に示されているものなど)から知ることができ、したがって、i1=2*i2の条件を維持するようにVvar1およびV var2の値について方程式を解き、したがって、適切な値により各可変インピーダンス回路網1402a、1402bにおけるアクティブダイオードの数を構成することは自明である。各ダイオードのVfの値は、半導体技術および装置タイプに応じて固定された特性値であるので、可変インピーダンス回路網1402a、1402bのそれぞれの正確な値は、精密に調整することはできず、むしろVf値の何らかの固定された倍数であることに注意することが重要である。 Values V1, V2, R1 , and R2 can be known from cell characterization curves (such as those shown in FIG . 2 ) associated with the types of battery cells utilized in cell stacks 1401a, 1401b. and therefore solve the equations for the values of V var1 and V var2 to maintain the condition i 1 =2*i 2 , and thus the number of active diodes in each variable impedance network 1402a, 1402b by appropriate values. The configuration is self-explanatory. Since the value of Vf for each diode is a fixed characteristic value depending on semiconductor technology and device type, the exact value of each of the variable impedance networks 1402a, 1402b cannot be precisely adjusted, but rather It is important to note that it is some fixed multiple of the Vf value.

本開示の実施形態によれば、エネルギー送達システム1400の実装形態は、可変インピーダンス回路網1402a、1402bが、切替え可能な抵抗性素子、切替え可能なダイオード、またはそれらの組合せを利用している状態で実装されているかどうかにかかわらず、可変インピーダンス回路網1402a、1402b内で抵抗性素子またはダイオードの切替えを制御するために、場合により図15または図16のいずれかに関して説明した数式を具現化する、制御システム1404内でプログラミングされた制御アルゴリズムを利用してもよい。加えて、本開示の実施形態によれば、電池セル固有値V1、V2、R1、およびR2は、それらの個々のセル特性化曲線から決定されてもよい。そのような値は、セルの充電状態、温度、および経年によりきわめて可変であるので、そのような値を、ルックアップテーブルなど、何らかの適切なデータベースに組み込んで、特徴付けられたデータを取り込み、経年特性を推定するためにモデルを作成してもよい。 According to embodiments of the present disclosure, implementations of the energy delivery system 1400 are implemented with the variable impedance networks 1402a, 1402b utilizing switchable resistive elements, switchable diodes, or combinations thereof. Whether or not implemented, optionally embodying the formulas described with respect to either FIG. 15 or FIG. Control algorithms programmed within the control system 1404 may be utilized. Additionally, according to embodiments of the present disclosure, battery cell eigenvalues V 1 , V 2 , R 1 , and R 2 may be determined from their individual cell characterization curves. Since such values are highly variable with cell state of charge, temperature, and age, such values can be incorporated into some suitable database, such as a lookup table, to capture characterized data and A model may be created to estimate the properties.

本開示の実施形態によれば、制御システム1404は、逐次近似に基づく制御アルゴリズムを利用してもよい。たとえば、エネルギー送達システム1400が初期化され、いずかのエネルギーの放電が開始する前に、可変インピーダンス回路網1402a、1402bの初期状態が(たとえば、記述方程式を解くことによって)構成されてもよい。次いで、一旦、放電が開始すると、制御システム1404は、連続的な方程式処理を行うのではなく、各セルスタック1401a、1401bの電圧、電流、およびSOCなどのエネルギー送達システム1400の動的に変化する動作条件が測定されるパラメトリック測定ステップの中を繰り返してループしてもよく、その後に、各セルスタック1401a、1401bの出力電流または他の選択されたパラメータが、互いに対して、および目標とされた性能に対して比較される比較ステップが続き、次いで、可変インピーダンス回路網1402a、1402bが、制御されたパラメータを調整ごとに所望の振舞いに向かって動かすように調整される補正ステップが(たとえば、小さい個別のステップで)行われる。電池パラメータが、可変インピーダンス回路網1402a、1402bのうちのいずれかに対する各調整後に安定するのを可能にするために、遅延がループに追加されてもよい。たとえば、図14に関して説明したエネルギー送達システム1400の先の例を用いると、制御システム1404は、i1とi2を等しくする、もしくはi1をi2の固定割合にする、またはセルスタック1401aのSOCが25%を上回るときだけは、i1がi2の固定割合にし、セルスタック1401aのSOCが25%を下回るときは、異なる固定割合にするように絶えず維持する、あるいはセルスタックの温度間の差が何らかの閾値に達したときはいつでも、最高温度のセルスタックの電流を最低温度のセルスタックの電流の10%に減少させるように構成されてもよい。前述の例は、可能な制御アルゴリズムにおける可能な変形形態に限定されない。 According to embodiments of the present disclosure, control system 1404 may utilize control algorithms based on iterative approximation. For example, the initial state of the variable impedance networks 1402a, 1402b may be configured (eg, by solving the descriptive equations) before the energy delivery system 1400 is initialized and any energy discharge begins. . Then, once the discharge begins, the control system 1404 dynamically changes the energy delivery system 1400, such as the voltage, current, and SOC of each cell stack 1401a, 1401b, rather than performing continuous equation processing. It may loop repeatedly through a parametric measurement step in which operating conditions are measured, after which the output currents or other selected parameters of each cell stack 1401a, 1401b are measured relative to each other and targeted. A comparison step follows in which the performance is compared, followed by a correction step (e.g., a small in discrete steps). A delay may be added to the loop to allow the battery parameters to stabilize after each adjustment to either of the variable impedance networks 1402a, 1402b. For example, using the previous example of the energy delivery system 1400 described with respect to FIG . Constantly maintaining i1 to a fixed percentage of i2 only when SOC is above 25% and a different fixed percentage when SOC of cell stack 1401a is below 25%, or between cell stack temperatures may be configured to reduce the current of the hottest cell stack to 10% of the current of the coldest cell stack whenever the difference in . The preceding examples are not limited to the possible variations in possible control algorithms.

図17は、本開示の実施形態によるエネルギー送達システム1400の制御システム1404内で行われる例示的な制御アルゴリズムを含む処理1700のフローチャートを示している。さらに説明するように、処理1700はまた、図18、図19、および図22に関して説明するシステム1800の制御システム1804内で行ってもよい。 FIG. 17 shows a flowchart of a process 1700 including an exemplary control algorithm performed within the control system 1404 of the energy delivery system 1400 according to embodiments of the present disclosure. As further described, process 1700 may also be performed within control system 1804 of system 1800 described with respect to FIGS.

エネルギー送達システム1400は、初期化され得る(開始)。処理ブロック1701(機械状態にアクセスする)においては、エネルギー送達システム1400の状態が決定され得る。たとえば、(たとえば、AFE1403a、1403bを介した電池スタック1401a、1401b内でのセルの)電圧、(たとえば、センス抵抗器1405a、1405bによって感知される)電流、(たとえば、AFE1403a、1403bを介した電池スタック1401a、1401b内でのセルの)温度が測定され得、このデータは、制御システム1404によって収集され得る。このデータを使用して、処理ブロック1702において、エネルギー送達システム1400は放電の準備ができているかどうかについての決定を行うことができる。そうでない場合には、処理ブロック1710において、何らかの補正アクションをとることができる。 The energy delivery system 1400 may be initialized (startup). At processing block 1701 (Access Machine State), the state of the energy delivery system 1400 may be determined. For example, voltage (e.g., of cells in battery stack 1401a, 1401b via AFEs 1403a, 1403b), current (e.g., sensed by sense resistors 1405a, 1405b), (e.g., battery The temperature of the cells within the stack 1401a, 1401b) may be measured and this data may be collected by the control system 1404. FIG. Using this data, at processing block 1702 a determination can be made as to whether the energy delivery system 1400 is ready to discharge. If not, at processing block 1710 some corrective action can be taken.

たとえば、セルスタック1401a、1401bのうちの一方または両方が完全に充電されていないことを収集されたデータによって判定された場合には、充電用電流が、外部のエネルギー源から印加されてもよい(たとえば、図9および図11の充電器603、703をそれぞれ参照)。セルスタック1401a、1401bのうちの一方または両方における1つまたは複数のセルが熱すぎることを収集されたデータによって判定された場合、冷却用システム(図示せず)がアクティブ化され得る。手動インターロックが係合されている場合、エネルギー送達システム1400は、それがクリアされるのを待つように構成されていてもよい。補正アクションが開始された後、処理1700は、処理ブロック1701に戻ることができ、制御システム1404内で処理1700が、負荷(図示せず)へのエネルギー送達システム1400のエネルギー放電準備ができていることを判定するまで、このループは継続的に行われ得る。 For example, if the collected data determines that one or both of the cell stacks 1401a, 1401b are not fully charged, a charging current may be applied from an external energy source ( For example, see chargers 603, 703 in FIGS. 9 and 11, respectively). A cooling system (not shown) may be activated when the collected data determines that one or more cells in one or both of the cell stacks 1401a, 1401b are too hot. If the manual interlock is engaged, energy delivery system 1400 may be configured to wait for it to clear. After corrective actions have been initiated, process 1700 can return to process block 1701 where within control system 1404 process 1700 is ready to discharge energy of energy delivery system 1400 to a load (not shown). This loop may continue until it is determined.

一旦、制御システム1404内で処理1700が、エネルギー送達システム1400の放電準備ができていることを判定すると、両方の可変インピーダンス回路網1402a、1402bは、所定の初期値に設定され得る。これらの初期値は、リアルタイムに制御システム1404内で行われる方程式(たとえば、図15および図16に関して説明する方程式を参照)から決定されても、処理ブロック1701において測定されたSOC、セルスタック電圧、温度などのパラメータに基づく所定の初期値の所定のルックアップテーブルから設定されても、および/またはセルスタック1401a、1401bに関連するVI特性曲線に基づく所定のルックアップテーブルから設定されてもよい。 Once the process 1700 within the control system 1404 determines that the energy delivery system 1400 is ready to discharge, both variable impedance networks 1402a, 1402b can be set to predetermined initial values. These initial values may be determined from equations performed within control system 1404 in real time (see, e.g., equations discussed with respect to FIGS. 15 and 16), or the SOC measured in processing block 1701, cell stack voltage, It may be set from a predetermined lookup table of predetermined initial values based on parameters such as temperature and/or from a predetermined lookup table based on VI characteristic curves associated with the cell stacks 1401a, 1401b.

一旦、可変インピーダンス回路網1402a、1402bの初期値が設定されると、処理1700は、たとえばエネルギー送達システム1400に(たとえば、Vo Positive端子およびVo Negative端子に)負荷回路を結合すると同時に、負荷電流の放電が開始するのを待つことができる。これは、処理1700が処理ブロック1701に戻ってループすることを含めることができる。一旦、処理ブロック1704において放電電流が検出されると、処理ブロック1705は、電池セルスタック1401a、1401b、可変インピーダンス回路網1402a、1402b、および/またはシステム1400の他の部分からパラメータ(「パラメトリックデータ(parametric data)」とも呼ぶ)(AFE1403a、1403b、および電流センサ1405a、1405bを利用して、たとえば、電圧、電流、温度、SOC、充電/放電サイクル、抵抗、インピーダンスなど)を収集する。処理ブロック1706においては、このデータを分析して、放電の継続が許容され得るかどうかを判定することができる。たとえば、放電を終了することができるパラメータとしては、安全限界を下回るセルスタック電圧、安全限界を上回るセルスタック電流、安全限界外のセルスタック温度、手動安全インターロックの係合、および/または制御システムもしくは測定システムにおける任意の他の障害などが含まれる。処理ブロック1706において、放電が安全に継続できないことが判定された場合には、処理1700は、処理ブロック1710に進んで、適切なアクションをとってもよい。 Once the initial values of the variable impedance networks 1402a, 1402b are set, the process 1700, for example, couples the load circuits (eg, to the V o Positive terminal and the V o Negative terminal) to the energy delivery system 1400 while simultaneously coupling the load You can wait for the current discharge to start. This may include process 1700 looping back to process block 1701 . Once the discharge current is detected in processing block 1704, processing block 1705 extracts parameters ("parametric data ( AFEs 1403a, 1403b and current sensors 1405a, 1405b are utilized to collect, for example, voltage, current, temperature, SOC, charge/discharge cycles, resistance, impedance, etc.). At processing block 1706, this data may be analyzed to determine if continued discharge is permissible. For example, parameters that can terminate discharge include cell stack voltage below safe limits, cell stack current above safe limits, cell stack temperature outside safe limits, engagement of manual safety interlocks, and/or control system or any other disturbance in the measurement system. If it is determined at processing block 1706 that the discharge cannot be safely continued, process 1700 may proceed to processing block 1710 to take appropriate action.

処理ブロック1706において、放電が安全に継続できると判定された場合には、処理ブロック1707において、可変インピーダンス回路網1402a、1402bのうちのいずれかまたは両方の調整が必要であるかどうかを判定することができる。たとえば、本開示の非限定的な実施形態によれば、制御システム1404において行われる制御アルゴリズムは、動作の(たとえば、電流センサ1405a、1405bによって所定の時間期間にわたって測定される)平均電流をセルスタック1401a、1401bの両方で等しいように維持するように構成され得る。その結果、直近に収集されたパラメトリックデータが、セルスタック1402aにおける平均電流がセルスタック1401bにおける平均電流よりも高いことを示す場合には、制御システム1404によって行われる制御アルゴリズムは、補正を加えるために2つの可能性のあるアクションのうちの一方をとるように構成され得る。MCU1404が、可変インピーダンス回路網1402a内のスイッチに、その合計インピーダンスの値を増加させるように信号伝達すること、または制御システム1404が、可変インピーダンス回路網1402b内のスイッチに、その合計インピーダンスの値を減少させるように信号伝達することのいずれかが可能になる。どちらの選択肢も受け入れ可能とすることができるが、制御システム1404は、任意の1つまたは複数の所定の因子に応じて、これらの補正アクションのうちの一方を他方の補正アクションよりも優先するように構成され得る。たとえば、可変インピーダンス回路網1402aは、その最小インピーダンス値付近にすでに設定されていることがあり得、この場合には、制御システム1404は、代わりに可変インピーダンス回路網1402bのインピーダンス値を減少させるように構成されていてもよい。制御システム1404は可変インピーダンス回路網1402a、1402bの両方の状態を知るように構成されているので、制御システム1404は、最も適切なアクションを選定するように構成され得る。一旦、処理ブロック1707内で補正アクションが決定されると、処理ブロック1708において、制御システム1404は、アクションを実施する(すなわち、新規インピーダンス設定を適用する)ように、可変インピーダンス回路網1402a、1402bのうちの一方または両方に1つまたは複数の制御信号を送信する。一旦、新規設定が適用されると、処理1700は、電池セルスタック電流(i1、i2)のうちの一方または両方が、これらの新規設定の下で、安定するのを可能にするために、遅延ルーチン(処理ブロック1709)を実施するように構成され得る。一旦、この遅延が期限切れになると、処理1700は、処理ブロック1705に戻ることができる。処理ブロック1707に関して説明した前述のアルゴリズムが、例示であり、本開示の実施形態に対して限定するものではないことに留意されたい。 If it is determined at processing block 1706 that the discharge can be safely continued, processing block 1707 determines if either or both of the variable impedance networks 1402a, 1402b need adjustment. can be done. For example, according to a non-limiting embodiment of the present disclosure, a control algorithm performed in the control system 1404 calculates the average current of operation (eg, measured by the current sensors 1405a, 1405b over a predetermined time period) to the cell stack. It can be configured to maintain equality for both 1401a, 1401b. As a result, if the most recently collected parametric data indicates that the average current in cell stack 1402a is higher than the average current in cell stack 1401b, the control algorithm performed by control system 1404 is to apply a correction It can be configured to take one of two possible actions. Either the MCU 1404 signals the switches in the variable impedance network 1402a to increase their total impedance value, or the control system 1404 signals the switches in the variable impedance network 1402b to increase their total impedance value. It is possible to either signal to decrease. Both options may be acceptable, but the control system 1404 may prioritize one of these corrective actions over the other according to any one or more predetermined factors. can be configured to For example, variable impedance network 1402a may already be set near its minimum impedance value, in which case control system 1404 instead causes variable impedance network 1402b to decrease its impedance value. may be configured. Since control system 1404 is configured to know the state of both variable impedance networks 1402a, 1402b, control system 1404 can be configured to select the most appropriate action. Once the corrective action is determined in processing block 1707, the control system 1404 causes the variable impedance networks 1402a, 1402b to perform the action (i.e., apply the new impedance setting) in processing block 1708. Send one or more control signals to one or both of them. Once the new settings have been applied, process 1700 performs a , may be configured to implement a delay routine (processing block 1709). Once this delay has expired, process 1700 can return to process block 1705 . Note that the aforementioned algorithms described with respect to processing block 1707 are exemplary and non-limiting for embodiments of the present disclosure.

本開示の実施形態は、次の例によってさらに示されているが、これらの例は、現在開示されている主題を示すために記載されており、限定と解釈すべきではない。諸例では、本システムの実施形態は、本システムの実施形態が利用され得る様々な環境を例示する様々な条件の下で、1つまたは複数の情報を伝え、公開することができることを確認するために実施された検証について説明する。 Embodiments of the present disclosure are further illustrated by the following examples, which are included to illustrate the presently disclosed subject matter and should not be construed as limiting. The examples confirm that embodiments of the present system are capable of conveying and publishing one or more pieces of information under various conditions that exemplify various environments in which embodiments of the present system may be utilized. I will explain the verification carried out for this purpose.

図18を参照すると、本開示の実施形態により構成されたエネルギー送達システム1800が示されている。エネルギー送達システム1800においては、第1の電池セルスタック1801aが、第2の電池セルスタック1801bに並列に結合されており、ここでは、それぞれの電池セルスタックは、同様の制御回路および監視用回路に結合され得る。電池セルスタック1801a、1801bは、共通制御システム(たとえば、マイクロコントローラ「MCU」)1804に結合され得、それにより、各電池スタックからのパラメトリック情報が、(たとえば、同時に)収集され、可変インピーダンス回路網1802a、1802bのうちのいずれかまたは両方の動作を制御するように制御アルゴリズムが行われ得る。電池スタック1801a内の各セルの電圧は、アナログフロントエンド測定装置(「AFE」)1803aによって監視され得る。また、AFE1803aは、温度データを収集し、収集されたデータを制御システム1804に送達してもよい。電池スタック1801aは、センス抵抗器(Rsense)1805aを介してVo Negativeに結合され得る。センス抵抗器1805aの各側は、燃料ゲージ集積回路(「IC」)1806aに結合されて、電流がセンス抵抗器1805aに存在するときはいつでも、電池電流(i1)の値を表す電圧を燃料ゲージIC1806aに提供することができる。燃料ゲージIC1806aは、電池スタック1801aの充電状態(「SOC」)に関する情報を制御システム1804と通信することができる。電池スタック1801b内の各セルの電圧は、AFE1803bによって監視され得る。また、AFE1803bは、温度データを収集し、収集されたデータを制御システム1804に送達してもよい。電池スタック1801bは、センス抵抗器(Rsense)1805bを介してVo Negativeに結合され得る。センス抵抗器1805bの各側は、燃料ゲージIC1806bに結合されて、電流がセンス抵抗器1805bに存在するときはいつでも、電池電流(i2)の値を表す電圧を燃料ゲージIC1806bに提供することができる。燃料ゲージIC1806bは、電池スタック1801bのSOCに関する情報を制御システム1804と通信することができる。制御システム1804は、データおよび/または情報を外部のホストシステムに(たとえば、通信リンクまたはバス1807を介して)伝達するように構成され得る。様々な構成要素間の内部通信および/または制御システム1804からの外部通信は、ワイヤードであっても、またはワイヤレスであってもよい。利用可能な通信プロトコルには、SMB、I2C、RS232、TTL、Serial、USB、CAN、Networkなどが含まれるが、これらに限定するものではない。 Referring to FIG. 18, an energy delivery system 1800 configured according to embodiments of the present disclosure is shown. In energy delivery system 1800, a first battery cell stack 1801a is coupled in parallel with a second battery cell stack 1801b, where each battery cell stack is connected to similar control and monitoring circuitry. can be combined. Battery cell stacks 1801a, 1801b may be coupled to a common control system (eg, microcontroller "MCU") 1804 whereby parametric information from each battery stack is collected (eg, simultaneously) and controlled by a variable impedance network. A control algorithm may be implemented to control the operation of either or both of 1802a, 1802b. The voltage of each cell in battery stack 1801a can be monitored by analog front-end measurement equipment (“AFE”) 1803a. AFE 1803 a may also collect temperature data and deliver the collected data to control system 1804 . Battery stack 1801a may be coupled to V o Negative through sense resistor (Rsense) 1805a. Each side of the sense resistor 1805a is coupled to a fuel gauge integrated circuit (“IC”) 1806a to generate a voltage representing the value of the battery current (i 1 ) whenever current is present in the sense resistor 1805a. Can be provided to gauge IC1806a. The fuel gauge IC 1806a can communicate information to the control system 1804 regarding the state of charge (“SOC”) of the battery stack 1801a. The voltage of each cell in battery stack 1801b may be monitored by AFE 1803b. AFE 1803b may also collect temperature data and deliver the collected data to control system 1804 . Battery stack 1801b may be coupled to V o Negative through sense resistor (Rsense) 1805b. Each side of the sense resistor 1805b can be coupled to a fuel gauge IC 1806b to provide a voltage to the fuel gauge IC 1806b representing the value of the battery current (i2) whenever current is present in the sense resistor 1805b. can. The fuel gauge IC 1806b can communicate information regarding the SOC of the battery stack 1801b to the control system 1804. Control system 1804 may be configured to communicate data and/or information to external host systems (eg, via communication link or bus 1807). Internal communications between various components and/or external communications from control system 1804 may be wired or wireless. Available communication protocols include, but are not limited to, SMB, I2C, RS232, TTL, Serial, USB, CAN, Network.

各可変インピーダンス回路網1802a、1802bは、たとえば図16に関して説明したバイパス用スイッチとともにいくつかのダイオードを含んでいる。ダイオードおよび対応するスイッチの数は、各可変インピーダンス回路網1802a、1802bにおいて同じであるように示されているが、実際の数は、この2つの間で同じであっても、または異なっていてもよい。各可変インピーダンス回路網1802a、1802bに存在するダイオードの数は、各電池セルスタック1801a、1801bのハイサイドから出力端子Vo Positiveまでの最大電圧降下を確定し、この最大電圧降下は、すべてのダイオードの順方向電圧(Vf)降下の和である。本開示の特定の実施形態によれば、ダイオードのうちの1つまたは複数は、各ダイオードにより異なる順方向電圧降下が達成されるように、異なるパラメトリック特性を有することができる。各可変インピーダンス回路網1802a、1802bにおけるアクティブなダイオードの数およびバイパスされるダイオードの数は、各電池スタック1801a、1801bの特性曲線において所定の大きさの下方向のシフトをもたらすように、したがって、エネルギー送達システム1800における各電池スタック1801a、1801bの負荷電流寄与に影響を与えるように、制御システム1804によって制御され得る。 Each variable impedance network 1802a, 1802b includes a number of diodes along with the bypassing switches described with respect to FIG. 16, for example. Although the number of diodes and corresponding switches are shown to be the same in each variable impedance network 1802a, 1802b, the actual number may be the same or different between the two. good. The number of diodes present in each variable impedance network 1802a, 1802b determines the maximum voltage drop from the high side of each battery cell stack 1801a, 1801b to the output terminal V o Positive, which is the maximum voltage drop across all diodes is the sum of the forward voltage (Vf) drops of According to certain embodiments of the present disclosure, one or more of the diodes may have different parametric characteristics such that different forward voltage drops are achieved with each diode. The number of active diodes and the number of diodes bypassed in each variable impedance network 1802a, 1802b is such that the number of diodes bypassed and the number of diodes bypassed in each of the variable impedance networks 1802a, 1802b provide a predetermined amount of downward shift in the characteristic curve of each battery stack 1801a, 1801b, thus increasing the energy It can be controlled by a control system 1804 to affect the load current contribution of each cell stack 1801a, 1801b in the delivery system 1800.

図18は、各電池スタック1801a、1801bと出力端子Vo Positiveとの間に各可変インピーダンス回路網1802a、1802b内のダイオードのすべてのフル順方向電圧降下が実現されるように、可変インピーダンス回路網1802a、1802bの両方においてスイッチが開いている状態のエネルギー送達システム1800を示している。図18は、デュアル電池スタックエネルギー送達システムについて開示しているが、本開示の実施形態は、様々な直列および/または並列の組合せで結合され、制御システム1804によって監視され制御される3つ以上の電池スタックにより構成されていてもよい。 FIG. 18 shows the variable impedance networks 1801a, 1801b such that the full forward voltage drop of all the diodes in each variable impedance network 1802a, 1802b is achieved between each battery stack 1801a, 1801b and the output terminal V o Positive. Energy delivery system 1800 is shown with switches open at both 1802a, 1802b. Although FIG. 18 discloses a dual cell stack energy delivery system, embodiments of the present disclosure include three or more cells coupled in various series and/or parallel combinations and monitored and controlled by control system 1804. It may be configured by a battery stack.

エネルギー送達システム1800の例示的な実施形態によれば、電池スタック1801aは、相対的に高いサイクル寿命の電池化学的性質により構成された電池セル(たとえば、LFPまたはLTO)を含んでおり、それにより、その端子電圧およびVI特性曲線は、たとえば図20における例示的なVI特性曲線により示されているNMC電池セルを含んだ電池スタック1801bのものと重なる。LFPスタック1801aは、13個のセルを含み、典型的なフル充電電圧は44V~46.8Vの間(3.6V/セル)である。NMC電池スタック1801bは、11個のセルを含み、典型的なフル充電電圧は43.3V~46.2Vの間(4.0V/セル)である。LFP電池スタックとNMC電池スタックはともに、フル充電で同じ電圧に充電されることがあり得、または代わりに、電池スタックのうちの一方の電圧が他方の電池スタックの電圧よりも高く維持され得るように、最大充電電圧が調節されることもあり得る。この実施形態においては、LFP電池スタック1801aおよびNMC電池スタック1801bは、アンペア時で同様の化学的容量(chemical capacity)を有するように構成されている。 According to an exemplary embodiment of the energy delivery system 1800, the battery stack 1801a includes battery cells (eg, LFP or LTO) configured with relatively high cycle life battery chemistries, thereby , its terminal voltage and VI characteristic curve overlap those of battery stack 1801b, which includes NMC battery cells, as illustrated by the exemplary VI characteristic curve in FIG. 20, for example. The LFP stack 1801a contains 13 cells with a typical full charge voltage between 44V and 46.8V (3.6V/cell). NMC battery stack 1801b contains 11 cells with a typical full charge voltage between 43.3V and 46.2V (4.0V/cell). Both the LFP battery stack and the NMC battery stack can be charged to the same voltage at full charge, or alternatively, the voltage of one of the battery stacks can be maintained higher than the voltage of the other battery stack. Additionally, the maximum charging voltage may be adjusted. In this embodiment, the LFP cell stack 1801a and the NMC cell stack 1801b are configured to have similar chemical capacities in ampere hours.

図19を参照すると、デフォルトの動作モードにおいては、システム1800は、可変インピーダンス回路網1802a、1802bの両方の中でダイオードスイッチのすべてが閉じられ、ダイオードをバイパスするように構成され得、それにより、各電池スタック1801a、1801bのVI特性曲線は、可変インピーダンス回路網1802aおよび1802bからのいかなる影響もなしにVo Positive端子で呈されることになる。2つのVI特性曲線族が充電状態のほとんどの条件下で互いの上に存在するので、対象の負荷電流範囲内で、電池スタック1801a、1801bは、放電中、すべての時点で、それらのVI特性曲線によって確定されるそれらのスタック電圧に基づいて負荷を共有することになる。いかなる所与の瞬間でも、各電池スタックにおける電流は、LFPスタック1801aにおける電流i1およびNMCスタック1801bにおける電流i2が、電池端子上の等しい電圧に対応するそれぞれのVI特性曲線に存在するようになる。VI特性曲線の位置の差が大きいほど、スタック1801a、1801b間の電流格差は大きくなる。図20に示されている充電状態に応じた電池スタック電圧を参照すると、並列に結合されたLFP電池スタック1801aおよびNMC電池スタック1801bの例示的な放電から、一定の負荷点においては、初期には、NMC電池スタック1801bは、最初の約10%の放電深度については、より高い端子電圧を有することが分かり得る。残りの放電深度の間は、LFP電池スタック1801aは、より高い端子電圧を有し、放電中の電流占有率が比例的により大きくなる。 Referring to FIG. 19, in the default mode of operation, the system 1800 can be configured such that all of the diode switches in both variable impedance networks 1802a, 1802b are closed, bypassing the diodes, thereby The VI characteristic curve of each cell stack 1801a, 1801b will be exhibited at the V o Positive terminal without any influence from the variable impedance networks 1802a and 1802b. Within the load current range of interest, the cell stacks 1801a, 1801b will, at all times during discharge, have their VI characteristics They will share the load based on their stack voltages as determined by the curve. At any given moment, the current in each cell stack is such that current i1 in LFP stack 1801a and current i2 in NMC stack 1801b are in their respective VI characteristic curves corresponding to equal voltages on the cell terminals. Become. The greater the difference in the positions of the VI characteristic curves, the greater the current difference between stacks 1801a and 1801b. Referring to the battery stack voltage as a function of state of charge shown in FIG. , NMC cell stack 1801b has a higher terminal voltage for about the first 10% depth of discharge. During the rest of the depth of discharge, the LFP cell stack 1801a has a higher terminal voltage and proportionally higher current share during discharge.

図21は、100Wの定電力での図19において構成されたシステム1800の例示的な放電のグラフを示している(可変インピーダンス回路網1802a、1802bの両方の中のダイオードスイッチは、すべて閉じられて、両方ともZvar=0になり、それにより、電池スタック電圧は、出力負荷に直接結合されるようになる)。各電池スタック1801a、1801bは、44Vの開始電圧まで充電される。放電持続時間は、約1.8時間である。電池スタック1801a、1801bはそれぞれ、各電池スタックのVI特性曲線に基づいて放電し、電流を平衡させることができる。図20の電圧曲線と一致して、負荷をエネルギー送達システム1800に結合すると、図21は、電流i1がLFPスタック1801aにおいて上昇し、電圧がNMCスタック1801bの電圧を下回って急速に降下することを示している。このことは、フル充電状態付近のLFP化学的性質の開回路電圧曲線が急勾配であること、および軽負荷VI曲線からより高い電流VI曲線に動作点がシフトすることに起因する。NMCスタック1801bは、間もなく、LFPスタック1801aに対してわずかに高い端子電圧を達成し、負荷電流のかなりの大部分を送達する。約0.18時間の放電の後、NMC電圧は、その減少したSOCに起因して低下し、そのスタック電圧は、LFPスタック1801aの範囲へと垂下し始める。放電のこの時点で、LFPスタック1801aは、より高い割合の電流を送達し始める。この時点から、LFPスタック1801aは、NMCスタック1801bよりも高い電圧および大きい電流を維持し、それにより、LFPスタック1801aは、NMCスタック1801bよりも速くSOCが降下し、最終的に消耗される。LFPスタック1801aのSOCは、約1.4時間の期間にわたって100%から約5%までゆっくりと動く。放電イベントにおけるこの時点で、LFPスタック1801aは、エネルギーがほぼ消耗され、それにより、その端子電圧は、NMC電池スタック1801bの端子電圧を下回って降下することになる。次いで、NMC電池スタック1801bが、放電の最後の数分間、その電流占有率をほぼ100%まで増加して、引き継ぐ。 Figure 21 shows a graph of an exemplary discharge of the system 1800 configured in Figure 19 at a constant power of 100 W (the diode switches in both variable impedance networks 1802a, 1802b are all closed). , both become Z var =0, which causes the battery stack voltage to be directly coupled to the output load). Each battery stack 1801a, 1801b is charged to a starting voltage of 44V. The discharge duration is approximately 1.8 hours. Each of the battery stacks 1801a, 1801b can be discharged and current balanced based on the VI characteristic curve of each battery stack. Consistent with the voltage curves of FIG. 20, when a load is coupled to the energy delivery system 1800, FIG. 21 shows that current i1 rises in LFP stack 1801a and voltage drops rapidly below that of NMC stack 1801b. is shown. This is due to the steepness of the open circuit voltage curve of the LFP chemistry near the full state of charge and the shift of the operating point from the light load VI curve to the higher current VI curve. The NMC stack 1801b soon achieves a slightly higher terminal voltage to the LFP stack 1801a and delivers a significant portion of the load current. After approximately 0.18 hours of discharge, the NMC voltage drops due to its reduced SOC and the stack voltage begins to droop into the range of the LFP stack 1801a. At this point in the discharge, LFP stack 1801a begins to deliver a higher rate of current. From this point on, the LFP stack 1801a maintains a higher voltage and a higher current than the NMC stack 1801b, causing the LFP stack 1801a to drop in SOC faster than the NMC stack 1801b and eventually deplete. The SOC of LFP stack 1801a slowly moves from 100% to about 5% over a period of about 1.4 hours. At this point in the discharge event, the LFP stack 1801a is nearly depleted of energy, causing its terminal voltage to drop below the terminal voltage of the NMC cell stack 1801b. NMC cell stack 1801b then takes over, increasing its current occupancy to nearly 100% for the last few minutes of discharge.

図22は、システム1800の処理ブロック1707~1708の動作の例示的な実施形態を示しており、その目的は、エネルギー放電をNMCスタック1801bからLFPスタック1801aへとバイアスして、放電の開始からLFPスタック1801aにおけるエネルギーが完全に消耗されるまで、LFP電流i1がNMC電流i2よりもつねに高くなるようにシステム1800を構成することである。この例示的な実施形態においては、LFPスタック1801aの可変インピーダンス回路網1802a内のダイオードスイッチは閉じられて、LFPスタック1801aについてZvar=0が生成され、NMCスタック1801bについての可変インピーダンス回路網1802b内のダイオードスイッチは開いて、Zvarの最大値(Zvar=3*Vf)が生成される。図23に示されているグラフから分かり得るように、LFPのVI特性曲線は、先の例(図20参照)のままであるが、このとき、NMCのVI特性曲線は、3*Vfに等しい量だけ下方向にシフトしている。 FIG. 22 illustrates an exemplary embodiment of the operation of processing blocks 1707-1708 of system 1800, the purpose of which is to bias the energy discharge from NMC stack 1801b to LFP stack 1801a so that from the beginning of the discharge the LFP The trick is to configure system 1800 so that LFP current i1 is always higher than NMC current i2 until the energy in stack 1801a is completely depleted. In this exemplary embodiment, the diode switches in variable impedance network 1802a of LFP stack 1801a are closed to produce Z var =0 for LFP stack 1801a and in variable impedance network 1802b for NMC stack 1801b. diode switch is opened to produce the maximum value of Z var (Z var =3*Vf). As can be seen from the graph shown in Figure 23, the LFP VI characteristic curve remains as in the previous example (see Figure 20), but now the NMC VI characteristic curve is equal to 3*Vf. is shifted downward by the amount.

予想されるように、図22に示されているエネルギー送達システム1800の構成に基づいて、NMCスタック1801bの電圧曲線は、Zvarの寄与に起因して、LFPスタック1801aよりも低くオフセットされることになる。シフトされた電圧曲線は、図23に示されている。LFP電圧は、SOC範囲のほとんど全体にわたってNMC電圧よりも高く、その関連のZvarによって生じるNMC電圧のこの下方向シフトは、放電のほとんどの間、LFPスタック1801aへの顕著な電流バイアスに変換される。 As expected, based on the configuration of the energy delivery system 1800 shown in Figure 22, the voltage curve of the NMC stack 1801b is offset lower than the LFP stack 1801a due to the contribution of Zvar . become. A shifted voltage curve is shown in FIG. The LFP voltage is higher than the NMC voltage for most of the SOC range, and this downward shift in the NMC voltage caused by its associated Z var translates into a significant current bias into the LFP stack 1801a during most of the discharge. be.

図24は、100Wの定電力での図22において構成されたシステム1800の例示的な放電のグラフを示している。各電池スタック1801a、1801bは、44Vの開始電圧まで充電される。放電持続時間は、約1.8時間である。この例においては、可変インピーダンス回路網1802a内のダイオードスイッチは、閉じられて、Zvar=0になり、LFP電池スタック電圧は、出力負荷Vo Positiveに直接結合され、一方、可変インピーダンス回路網1802b内のダイオードスイッチは、開いたままであり、それにより、NMCスタック電圧は、3*Vfだけ下方向にオフセットされることになる。電池スタック1801a、1801bのそれぞれの動作点は、エネルギー送達システム1800の出力電流が図20および図21の例よりもはるかに多くLFPスタック1801aに向かってバイアスされるように、それらのそれぞれのVI特性曲線上の点になる。図24に示されている放電を図21に示されている放電と対比させると、NMCのVI特性曲線の位置がより低いことに起因して、初期には、NMCスタック1801bは、負荷電流の約20%を送達することが分かり得る。システム動作点が、様々な電池スタックの変化するSOCに従ってVI特性曲線を介して遷移するにつれて、NMC電流(i2)が、初期には、LFP電流(i1)を上回って上昇して、その後短時間に突然反転する、電流の「反転(inversion)」は見られない。LFPスタック1801aは、LFPスタック1801aがほぼ消耗されるそのようなときまで、総放電電流のより高い比率を維持する。LFPスタック1801aのSOCは、約1.4時間の期間にわたって100%から約5%までゆっくりと遷移する。放電イベントにおけるこの時点で、LFP電池スタック1801aは、エネルギーがほぼ消耗されており、この場合などの低充電状態では、LFPのVI特性曲線は、はるかにより高いNMCのSOCにおいて、対応するNMCのVI特性曲線を下回って降下し、したがって、NMCスタック1801bが、放電終了まで総出力のその比率を着実に増加して、引き継ぐ。 FIG. 24 shows an exemplary discharge graph for the system 1800 configured in FIG. 22 at a constant power of 100W. Each battery stack 1801a, 1801b is charged to a starting voltage of 44V. The discharge duration is approximately 1.8 hours. In this example, the diode switch in variable impedance network 1802a is closed causing Z var =0 and the LFP battery stack voltage is directly coupled to the output load V o Positive while variable impedance network 1802b The diode switch in is left open, causing the NMC stack voltage to be offset downward by 3*Vf. The respective operating points of cell stacks 1801a, 1801b are adjusted to their respective VI characteristics such that the output current of energy delivery system 1800 is biased much more towards LFP stack 1801a than the examples of FIGS. become a point on the curve. Contrasting the discharge shown in FIG. 24 with the discharge shown in FIG. 21, due to the lower position of the NMC VI characteristic curve, initially NMC stack 1801b It can be seen to deliver approximately 20%. As the system operating point transitions through the VI characteristic curve according to the changing SOC of the various battery stacks, the NMC current ( i2 ) initially rises above the LFP current ( i1) and then There is no "inversion" of the current, a sudden reversal of short duration. LFP stack 1801a maintains a higher percentage of total discharge current until such time as LFP stack 1801a is nearly depleted. The SOC of LFP stack 1801a slowly transitions from 100% to about 5% over a period of about 1.4 hours. At this point in the discharge event, the LFP cell stack 1801a is nearly depleted of energy, and in a low state of charge, such as in this case, the LFP VI characteristic curve is at a much higher NMC SOC, with the corresponding NMC VI The characteristic curve drops below and thus NMC stack 1801b takes over, steadily increasing its proportion of total power until the end of discharge.

各可変インピーダンス回路網1802a、1802bを調整し、それにより、対応するVI特性曲線の位置も調整すると、特定の目的に合うように、および特定の性能特性を最適化するように、異なる電池スタック間の電流共有をシフトさせ、放電電流を一方のスタックまたは他方のスタックに向かってバイアスすることができる。たとえば、サイクル寿命が相対的に高い電池スタックに向かって放電電流をバイアスし、サイクル寿命が相対的に低いスタックから放電電流をバイアスすると、何百もの中程度の持続時間の放電イベントの場合には、より高いサイクル寿命の電池スタックは、他の電池スタックの何倍ものサイクルエネルギーを送達することになる。 Tuning each variable impedance network 1802a, 1802b, and thereby also the position of the corresponding VI characteristic curve, between different cell stacks to suit a particular purpose and optimize a particular performance characteristic. can be shifted to bias the discharge current towards one stack or the other. For example, biasing the discharge current towards a battery stack with a relatively high cycle life and from a stack with a relatively low cycle life results in hundreds of moderate duration discharge events. , higher cycle life battery stacks will deliver many times more cycle energy than other battery stacks.

エネルギー貯蔵システムの総放電深度は、負荷持続時間によって決まることになる。電池スタックは、総貯蔵エネルギーの40%~70%が送達される部分放電しか完了しないことが多い。図24における例で実証されるように、1.3時間続く部分放電の場合、高サイクル寿命のLFP電池スタック1801aは、そのエネルギーの95%を放電し(0.95サイクルを完了し)、NMCスタック1801bは、そのエネルギーのおよそ40%しか放電していない(0.40サイクルしか完了していない)。この同じ放電が1000回行われた場合、NMC電池スタック1801bが400サイクルしか完了していないのと比較して、LFP電池スタック1801aは、950サイクルを完了したと考えられることになる。 The total depth of discharge of the energy storage system will depend on the load duration. Battery stacks often complete only a partial discharge where 40% to 70% of the total stored energy is delivered. As demonstrated in the example in FIG. 24, for a partial discharge lasting 1.3 hours, the high cycle life LFP cell stack 1801a discharged 95% of its energy (completed 0.95 cycles) and the NMC stack 1801b: Only about 40% of its energy has been discharged (only 0.40 cycles completed). If this same discharge were performed 1000 times, the LFP cell stack 1801a would be considered to have completed 950 cycles compared to only 400 cycles completed by the NMC cell stack 1801b.

本開示の様々な実施形態によれば、エネルギー送達システム1400および1800は、同様に構成され得、それによって、制御システム、AFE、燃料ゲージIC、およびセンス抵抗器は、それらが結合されるエネルギー貯蔵システムのタイプ、および可変インピーダンス回路網内で利用される構成のタイプに応じて、どちらかのシステムに行われ得る修正を除いて、実質的に同様の方式で動作する。 According to various embodiments of the present disclosure, energy delivery systems 1400 and 1800 may be similarly configured, whereby the control system, AFE, fuel gauge IC, and sense resistor are connected to the energy storage to which they are coupled. They operate in substantially similar fashion, except for modifications that may be made to either system, depending on the type of system and the type of configuration utilized within the variable impedance network.

デジタル通信リンク1407、1807は、制御システム1404、1804からホストシステム(図示せず)に特定のデータを送信するように構成され得る。1400、1800などのエネルギー送達システムは、コンピュータ、電動自転車またはスクータ、電気自動車などのより大型のシステムに埋め込むことができる。したがって、これらのより大型のシステムは、それらの埋め込まれたエネルギー送達システムに対するホストと見なされ、安全な動作のためにそれらのサポート用エネルギー送達システムの最新の状態に依存し得るモータ制御部、およびユーザインターフェースまたはオペレータインターフェースなどの他のシステムを有することがある。電気自動車の場合には、そのようなホストシステムは、電池温度が何らかの閾値を超えた場合、または利用可能なエネルギーが何らかの閾値よりも低くなった場合、モータの速度を低減し得るモータ制御システムとすることが可能になる。デジタル通信リンク1407、1807は、エネルギー送達システム1400、1800の状態についての即時記述(instantaneous description)を駆動機器へと上流に送達するように構成され得る。 A digital communication link 1407, 1807 may be configured to transmit certain data from the control system 1404, 1804 to a host system (not shown). Energy delivery systems such as 1400, 1800 can be embedded in larger systems such as computers, electric bicycles or scooters, electric vehicles. Thus, these larger systems can be viewed as hosts to their implanted energy delivery systems and can rely on the up-to-date state of their supporting energy delivery systems for safe operation; and It may have other systems such as user interfaces or operator interfaces. In the case of electric vehicles, such a host system is a motor control system that can reduce the speed of the motor if the battery temperature exceeds some threshold or if the available energy drops below some threshold. it becomes possible to A digital communication link 1407, 1807 may be configured to deliver an instant description of the state of the energy delivery system 1400, 1800 upstream to the driving equipment.

本開示の実施形態によれば、エネルギー送達システム1400、1800に関して開示されている燃料ゲージは、集積回路として実装されてよく、この集積回路は、MCU1404、1804とは別個のパッケージ内にあってよいが、その機能部はMCU1404、1804内に集積化可能でもある。燃料ゲージは、直接測定によってか、またはMCU1404、1804によって燃料ゲージに中継されるAFEからのデジタルデータのパケットとしてかのいずれかで、電池温度情報および電池セル電圧情報を受け取るように構成されていてもよく、および/または、電流センス抵抗器にわたって現れるアナログ電圧を測定し、これらの測定結果を連続的にデジタルドメインまたはアナログドメインのいずれかで数学的に統合するクーロンカウンタとして構成されたアナログ/デジタル変換器を含んでいてもよい。センス抵抗器にわたって発生するこの電圧は、電池セルスタックに流入する、または電池セルスタックから流出する電流を直接的に表現したものであり、ここでは、負の電圧は、電池セルスタックから流出する電流(放電)を表し、正の電圧は、電池セルスタックに流入する電流(充電)を表している。これらの電流を経時的に数学的に統合することによって、電池セルスタックに含まれている正味の電荷変化を決定することができ、いかなる所与のときでも正味の電池電荷変化と既知の開始SOCとを加算することによって、現在のSOCを決定することができる。また、燃料ゲージは、単に、正味の電荷変化と現在のSOCとの合計だけでなく、センス抵抗器内の瞬間電流、何らかの平均時間期間(数秒または数十秒など)にわたるセンス抵抗器内の平均電流、充電および放電サイクルの総数(電池セルスタックの使用開始日から始まる各方向に通された総電荷によって決定される)、および電池セルの抵抗などの他のパラメータを、個々のセルおよび/またはすべてのセルの合計ともに、コンピュータ計算するように、デジタルハードウェアおよびプログラミングされた命令を含むように構成されていてもよい。 According to embodiments of the present disclosure, the fuel gauges disclosed for the energy delivery system 1400, 1800 may be implemented as an integrated circuit, which may be in a separate package from the MCU 1404, 1804. However, its functionality can also be integrated within the MCU 1404,1804. The fuel gauge is configured to receive battery temperature and battery cell voltage information either by direct measurement or as packets of digital data from the AFE relayed to the fuel gauge by the MCU1404, 1804 and/or analog/digital configured as a coulomb counter that measures the analog voltage appearing across the current sense resistor and mathematically integrates these measurements continuously in either the digital or analog domain It may include a converter. This voltage developed across the sense resistor is a direct representation of the current flowing into or out of the battery cell stack, where a negative voltage is the current flowing out of the battery cell stack. (discharge), and a positive voltage represents the current (charge) flowing into the battery cell stack. By mathematically integrating these currents over time, the net charge change contained in the battery cell stack can be determined, and at any given time the net battery charge change and the known starting SOC The current SOC can be determined by adding Also, the fuel gauge is not just the sum of the net charge change and the current SOC, but the instantaneous current in the sense resistor, the average current in the sense resistor over some average time period (such as seconds or tens of seconds) Other parameters such as current, the total number of charge and discharge cycles (determined by the total charge passed in each direction starting from the date the battery cell stack was put into service), and the battery cell resistance can be measured using individual cells and/or The sum of all cells may be configured to include digital hardware and programmed instructions to compute.

本開示の実施形態によれば、エネルギー送達システム1400および1800に関して開示されている電池スタックは、共通制御システムによって管理される逆流防止装置を含んでもよい。そのような逆流防止装置の機能は、一方の電池スタックからもう一方の電池スタックへのエネルギーの望ましくない伝達を防止することである。そのような逆流防止装置の動作については、PCT/US2017/068301に記載されている。 According to embodiments of the present disclosure, the battery stacks disclosed for energy delivery systems 1400 and 1800 may include anti-backflow devices managed by a common control system. The function of such a backflow preventer is to prevent unwanted transfer of energy from one cell stack to another cell stack. The operation of such backflow preventers is described in PCT/US2017/068301.

本開示の代替の実施形態によれば、可変インピーダンス回路網は、いくつかの直列接続された抵抗器、次いで、並列に接続される関連のスイッチにより構成され得る。そのような可変インピーダンス回路網により構成されたエネルギー送達システムは、別個の電池スタックのVI特性曲線を同様の方式で操作することができる機能を提供し、電池スタックまたはエネルギー貯蔵システム間の放電電流をバイアスする際に同様の結果を達成することができる。 According to alternative embodiments of the present disclosure, the variable impedance network may consist of several series-connected resistors and then associated switches connected in parallel. An energy delivery system constructed with such a variable impedance network provides the ability to manipulate the VI characteristic curves of separate battery stacks in a similar manner to reduce the discharge current between battery stacks or energy storage systems. Similar results can be achieved when biasing.

本開示のさらなる別の実施形態においては、可変インピーダンス回路網は、直列に接続された抵抗器よりも電流依存の電圧降下に細かい分解能を提供するために、並列に接続された抵抗器により構成され得る。電圧段階において増加した分解能は、エネルギー送達システム1400、1800の出力電圧をさらに調節するために使用することができる。 In yet another embodiment of the present disclosure, the variable impedance network is composed of parallel-connected resistors to provide finer resolution of the current-dependent voltage drop than series-connected resistors. obtain. The increased resolution in voltage steps can be used to further adjust the output voltage of the energy delivery system 1400,1800.

本開示の代替の実施形態によれば、可変インピーダンス回路網のうちのいずれかまたはすべてにおける切替え可能なダイオードのうちの1つまたは複数を、並列な切替え可能な抵抗器の回路網と置き換えてもよい。そのような構成下で、制御システムは、直列ダイオードを「粗い(coarse)」調整用に利用し、並列抵抗器を「細かい(fine)」調整として利用してもよい。それにもかかわらず、本開示の実施形態は、切替え可能なダイオード、切替え可能な抵抗器、またはその両方の組合せを含んでいる可変インピーダンス回路網のうちの1つまたは複数により実装されてもよい。 According to alternative embodiments of the present disclosure, one or more of the switchable diodes in any or all of the variable impedance networks may be replaced with a network of parallel switchable resistors. good. Under such a configuration, the control system may utilize the series diode for the "coarse" adjustment and the parallel resistor for the "fine" adjustment. Nevertheless, embodiments of the present disclosure may be implemented with one or more of variable impedance networks including switchable diodes, switchable resistors, or a combination of both.

本明細書に説明した本開示の諸実施形態は、無停電電源(「uninterruptable power supply、UPS」)システム、および体積エネルギー貯蔵量を最大化するのに高エネルギー密度が必要なエネルギー貯蔵システムにおいて利用することができる。また、これらには、特に反復的な深い放電条件においては、高いサイクル寿命が必要である。エネルギー貯蔵システムは、1日に1回、フル充電/放電サイクルを受けるように構成され得る。しかしながら、システムの放電深度は、負荷需要に基づいて変わることになる。負荷需要が低いと、エネルギー貯蔵システムによって送達される所要のエネルギーは低減することになり、高サイクルカウント用に設計されている電池スタックをまずは枯渇させ、電力密度用に設計されている電池スタックを枯渇させない。 Embodiments of the disclosure described herein find utility in uninterruptable power supply (“UPS”) systems and energy storage systems where high energy density is required to maximize volumetric energy storage. can do. They also require high cycle life, especially in repetitive deep discharge conditions. Energy storage systems may be configured to undergo a full charge/discharge cycle once a day. However, the depth of discharge of the system will change based on load demand. A low load demand will reduce the required energy delivered by the energy storage system, starving battery stacks designed for high cycle counts first before battery stacks designed for power density. Do not exhaust.

本明細書に説明した本開示の諸実施形態は、長いサイクル寿命、長い実行時間が優先され、さらには、過渡的な高い電流負荷への定期的需要が存在する、車両用途に利用可能である。 Embodiments of the present disclosure described herein are applicable to vehicle applications where long cycle life, long run time are prioritized, and where there is periodic demand for transient high current loads. .

当業者に理解されるように、本発明の態様(たとえば、制御システム1404、1804、および処理1700)は、システム、方法、および/またはプログラム製品として具現化され得る。したがって、本発明の態様(たとえば、制御システム1404、1804、AFE、燃料ゲージ、可変インピーダンス回路網)は、完全にハードウェアの実施形態、(ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む)完全にソフトウェアの実施形態、または本明細書においては全体的にすべて「回路(circuit)」、「回路機構(circuitry)」、「モジュール(module)」、または「システム(system)」と呼ぶことがあるソフトウェアの態様とハードウェアの態様とを組み合わせた実施形態の形態をとることができる。さらには、本発明の態様(たとえば、処理1700)は、コンピュータ可読プログラムコードが具現化さている1つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体において具現化されたプログラム製品の形態をとることもできる。(ただし、1つまたは複数のコンピュータ可読媒体の任意の組合せが利用されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体であっても、またはコンピュータ可読記憶媒体であってもよい)。 As will be appreciated by those skilled in the art, aspects of the invention (eg, control systems 1404, 1804 and process 1700) may be embodied as systems, methods and/or program products. Thus, aspects of the present invention (eg, control system 1404, 1804, AFE, fuel gauge, variable impedance network) are entirely hardware embodiments, entirely software (including firmware, resident software, microcode, etc.). or software, which may all be referred to herein generally as a "circuit," "circuitry," "module," or "system." Embodiments may take the form of a combination of aspects and hardware aspects. Furthermore, aspects of the invention (eg, process 1700) may also take the form of a program product embodied in one or more computer-readable storage media having computer-readable program code embodied therein. (However, any combination of one or more computer readable media may be utilized, which may be a computer readable signal medium or a computer readable storage medium).

また、回路ブロック図の各ブロックおよび/または処理1700において表される機能、ならびに回路ブロック図におけるブロックの組合せおよび/または処理1700において表される機能は、指定された機能もしくは行為を行う専用のハードウェアベースのシステム、または専用のハードウェアとコンピュータ命令との組合せによって実装され得ることも留意されるであろう。たとえば、モジュール(たとえば、制御システム1404、1804、AFE、燃料ゲージ、可変インピーダンス回路網)は、カスタムのVLSI回路またはゲートアレイ、論理チップなどの既製の半導体、トランジスタ、コントローラ、または他の個別の構成要素を備えるハードウェア回路として実装されてもよい。また、モジュール(たとえば、制御システム1404、1804、AFE、燃料ゲージ、可変インピーダンス回路網)は、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイ論理部、またはプログラマブル論理装置などのプログラマブルハードウェア装置において実装されてもよい。 Also, each block in the circuit block diagram and/or function represented in process 1700, and combinations of blocks in the circuit block diagram and/or function represented in process 1700, may be dedicated hardware to perform the specified function or action. It will also be noted that it may be implemented by a hardware-based system, or a combination of dedicated hardware and computer instructions. For example, modules (eg, control systems 1404, 1804, AFEs, fuel gauges, variable impedance networks) may be custom VLSI circuits or gate arrays, off-the-shelf semiconductors such as logic chips, transistors, controllers, or other discrete components. It may be implemented as a hardware circuit comprising elements. Also, the modules (eg, control system 1404, 1804, AFE, fuel gauge, variable impedance network) may be implemented in programmable hardware devices such as field programmable gate arrays, programmable array logic, or programmable logic devices. .

本明細書において使用される見出しは、構成上の目的にすぎず、本明細書の範囲を限定するために使用すべきことを意味するものではない。本出願全体を通して使用されるとき、「~してもよい(may)」という単語は、強制的な意味(すなわち、~しなくてはならない(must)の意味)ではなく、許容的な意味(すなわち、~する可能性を有する(having the potential to)の意味)で使用されている。同様に、「include(含む)」、「including」、「includes」、「contain(含んでいる)」、「containing」、および「contains」という単語は、includingを意味するが、これに限定するものではない。 The headings used herein are for organizational purposes only and are not meant to be used to limit the scope of the specification. As used throughout this application, the word "may" has a permissive meaning (i.e., must) rather than a mandatory meaning (i.e., must That is, it is used in the sense of having the potential to. Similarly, the words "include," "including," "includes," "contain," "containing," and "contains" mean including, but are not limited to is not.

様々なユニット、回路、回路機構、または他の構成要素(たとえば、制御システム1404、1804、AFE、燃料ゲージ、可変インピーダンス回路網)について、タスクまたは複数のタスクを行うように「構成されている(configured)」と説明することがある。そのような文脈においては、「~するように構成されている(configured to)」は、動作中にそのタスクまたはそれらの複数のタスクを行うこと「の能力がある回路機構を有する」ことを全体的に意味する構造を広範囲に述べたものである。したがって、ユニット/回路/構成要素は、ユニット/回路/構成要素が、現在、オンになっていない場合でも、タスクを行うように構成することができる。概して、「~するように構成されている」に対応する構造を形成する回路機構は、ハードウェア回路および/またはソフトウェア(ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む)を含んでもよい。同様に、様々なユニット/回路/構成要素について、説明の便宜上、タスクまたは複数のタスクを行うと説明することがある。そのような説明は、「~するように構成されている」という語句を含むと解釈すべきである。1つまたは複数のタスクを行うように構成されているユニット/回路/構成要素を列挙することは、そのユニット/回路/構成要素について35 U.S.C. §112、段落6の解釈を引き合いに出さないことを明示的に意図している。 Various units, circuits, circuitry, or other components (e.g., control systems 1404, 1804, AFEs, fuel gauges, variable impedance networks) are "configured" to perform a task or tasks. configured)”. In such contexts, "configured to" generally means "having circuitry capable of" performing that task or tasks during operation. It is a broad description of the structure that is meant for the purpose. Thus, a unit/circuit/component can be configured to perform a task even if the unit/circuit/component is not currently turned on. Generally, circuitry forming structure corresponding to "configured to" may include hardware circuitry and/or software (including firmware, resident software, microcode, etc.). Similarly, various units/circuits/components may be described as performing a task or tasks for convenience of explanation. Such descriptions should be read to include the phrase "configured to". Note that listing a unit/circuit/component configured to perform one or more tasks does not invoke the interpretation of 35 U.S.C. §112, paragraph 6 for that unit/circuit/component. explicitly intended.

別段の定めがない限り、本明細書において使用されるすべての技術的および科学的用語は、現在、開示されている主題が属する当技術分野の技術者に一般的に理解されるものと同じ意味を有する。 Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as is commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the disclosed subject matter belongs. have

本明細書において使用されるとき、「およそ(about)」および「約(approximately)」という用語は、数値範囲の端点に対して、所与の値が端点を「少し上回っても(a little above)」または「少し下回っても(a little below)」よいことを定めることによって、柔軟性をもたらすように使用される。 As used herein, the terms "about" and "approximately" refer to the endpoints of a numerical range even if a given value is "a little above the endpoints." )” or “a little below” is used to provide flexibility.

本明細書における説明においては、フローチャート式の技法について、一連の逐次アクションで説明する場合がある。アクションの順序、およびアクションを行うパーティは、教示の範囲から逸脱することなく自由に変更してもよい。アクションは、いくつかのやり方で、追加、削除、または改変しもよい。同様に、アクションは、順番を並べ替えても、またはループしてもよい。さらには、処理、方法、またはアルゴリズムなどは、逐次的な順番で説明される場合があるが、そのような処理、方法、アルゴリズム、またはそれらの任意の組合せは、代わりの順番で行われるように動作可能であってもよい。さらには、処理、方法、またはアルゴリズムの中でのいくつかのアクションが、少なくともある時点の間、同時に行われてもよい(たとえば、並行して行われるアクションが、全体的に、部分的に、またはそれらの任意の組合せで行うこともできる)。 In the description herein, flowchart-style techniques may be described as a series of sequential actions. The order of actions, and the parties performing the actions, may be freely changed without departing from the scope of the teachings. Actions may be added, deleted, or modified in several ways. Similarly, actions may be reordered or looped. Further, while processes, methods, algorithms, or the like may be described in sequential order, such processes, methods, algorithms, or any combination thereof may be presented in an alternate order. It may be operable. Moreover, some actions within a process, method, or algorithm may occur concurrently, at least for some time (e.g., actions occurring in parallel may be wholly, partially, or any combination thereof).

それとは反対に明示されていない限り、「または(or)」は、包括的orを示し、排他的orを示さない。たとえば、条件AまたはBは、次の、Aが真(または存在する)およびBが偽(または存在しない)、Aが偽(または存在しない)およびBが真(または存在する)、AとBの両方が真(または存在する)、のうちのいずれか1つによって満たされる。 Unless specified to the contrary, "or" indicates an inclusive or and not an exclusive or. For example, if the condition A or B is: A is true (or exists) and B is false (or does not exist), A is false (or does not exist) and B is true (or exists), A and B are both true (or present), satisfied by either one of

本明細書において使用されるとき、「および/または(and/or)」という用語、および2つの単語間の「/」という文字の使用は、実体をリスト化する文脈で使用される場合、実体が単独でまたは組合せで存在することを示す。したがって、たとえば、「A、B、C、および/またはD(A, B, C, and/or D)」という語句は、A、B、C、およびDを個々に含むだけでなく、Aと、Bと、Cと、Dとの任意のならびにすべての組合せおよび副組合せも含む。 As used herein, the term "and/or", and the use of the character "/" between two words, when used in the context of listing entities, are present alone or in combination. Thus, for example, the phrase "A, B, C, and/or D" would not only include A, B, C, and D individually, but also A and , B, C, and D, including any and all combinations and subcombinations.

また、本明細書において説明する要素および資源について説明するために、「a」または「an」の使用が用いられている。これは、単に便宜上、本発明の範囲の一般的な意味を与えるためにのみ行われている。この記載は、別の形で意味することが明らかでない限り、1つ、または少なくとも1つを含むように読むべきであり、単数形は、複数形も含み、またはその逆も同様である。たとえば、本明細書において単一の装置について説明する場合、単一の装置の代わりに複数の装置が使用されてもよい。同様に、1つよりも多い装置について本明細書において説明する場合、単一の装置をその1つの装置の代わりに用いてもよい。 Also, use of "a" or "an" are employed to describe elements and resources described herein. This is done merely for convenience and to give a general sense of the scope of the invention. This description should be read to include one or at least one and the singular also includes the plural and vice versa unless it is obvious that it is meant otherwise. For example, when a single device is described herein, multiple devices may be used instead of a single device. Similarly, when more than one device is described herein, a single device may be substituted for that one device.

本明細書において説明していない範囲で、特定の材料、処理行為、および回路に関する多くの詳細は、従来のものであり、コンピューティング、エレクトロニクス、およびソフトウェアの技術分野内での教本および他の情報源に見出すことができる。 To the extent not set forth herein, many details regarding specific materials, processing acts, and circuits are conventional and are available in textbooks and other information within the computing, electronics, and software arts. can be found at the source.

600 システム
602 制御システム
610a~610c 切替え可能なダイオード回路
621a~621c 制御信号
702 制御システム
710a~710d スイッチ
750a~750d 切替え可能な抵抗性素子、抵抗器
1300 システム
1301 電池スタック
1302 可変インピーダンス回路網
1303 アナログフロントエンド測定装置、AFE
1304 制御システム、マイクロコントローラ、MCU
1305 センス抵抗器(Rsense)
1306 燃料ゲージ集積回路、IC
1307 通信リンクまたはバス
1400 エネルギー送達システム
1401a 第1の電池セルスタック
1401b 第2の電池セルスタック
1402a、1402b 可変インピーダンス回路網
1403a、1403b AFE
1404 共通制御システム、マイクロコントローラ、MCU
1405a、1405b センス抵抗器(Rsense)
1406a、1406b 燃料ゲージ集積回路、IC
1700 処理
1800 エネルギー送達システム
1801a 第1の電池セルスタック
1801b 第2の電池セルスタック
1802a、1802b 可変インピーダンス回路網
1803a、1803b アナログフロントエンド測定装置、AFE
1804 共通制御システム、マイクロコントローラ、MCU
1805a、1805b センス抵抗器(Rsense)
1806a、1806b 燃料ゲージ集積回路、IC
1807 通信リンクまたはバス
600 system
602 control system
610a-610c Switchable Diode Circuit
621a to 621c control signals
702 Control System
710a-710d switches
750a-750d Switchable Resistive Elements, Resistors
1300 system
1301 Battery Stack
1302 Variable Impedance Network
1303 Analog front-end measurement equipment, AFE
1304 Control Systems, Microcontrollers, MCUs
1305 Sense Resistor (Rsense)
1306 Fuel Gauge Integrated Circuit, IC
1307 communication link or bus
1400 Energy Delivery System
1401a First battery cell stack
1401b Second battery cell stack
1402a, 1402b Variable Impedance Network
1403a, 1403b AFEs
1404 Common Control System, Microcontroller, MCU
1405a, 1405b Sense Resistor (Rsense)
1406a, 1406b Fuel Gauge Integrated Circuit, IC
1700 processed
1800 Energy Delivery System
1801a First battery cell stack
1801b Second battery cell stack
1802a, 1802b Variable Impedance Network
1803a, 1803b Analog Front End Measurement Equipment, AFE
1804 Common Control System, Microcontroller, MCU
1805a, 1805b sense resistor (Rsense)
1806a, 1806b fuel gauge integrated circuit, IC
1807 communication link or bus

Claims (20)

第1のエネルギー貯蔵システムと、
第2のエネルギー貯蔵システムと、
前記第1のエネルギー貯蔵システムと出力端子との間に結合された第1の可変インピーダンス回路網であって、第1の調整可能なインピーダンスを有する、第1の可変インピーダンス回路網と、
前記第2のエネルギー貯蔵システムと前記出力端子との間に結合された第2の可変インピーダンス回路網であって、第2の調整可能なインピーダンスを有する、第2の可変インピーダンス回路網と、
(1)前記第1の調整可能なインピーダンスを調整して、前記第1のエネルギー貯蔵システムによって前記出力端子に送達される第1の電流のレベルを変更するように前記第1の可変インピーダンス回路網に信号伝達すること、および(2)前記第2の調整可能なインピーダンスを調整して、前記第2のエネルギー貯蔵システムによって前記出力端子に送達される第2の電流のレベルを変更するように前記第2の可変インピーダンス回路網に信号伝達することを選択的に行うように構成された制御システムと
を備える、エネルギー送達システム。
a first energy storage system;
a second energy storage system;
a first variable impedance network coupled between the first energy storage system and an output terminal, the first variable impedance network having a first adjustable impedance;
a second variable impedance network coupled between the second energy storage system and the output terminal, the second variable impedance network having a second adjustable impedance;
(1) the first variable impedance network to adjust the first adjustable impedance to change the level of the first current delivered by the first energy storage system to the output terminal; and (2) adjusting the second adjustable impedance to change the level of the second current delivered by the second energy storage system to the output terminal. and a control system configured to selectively signal a second variable impedance network.
前記第1の可変インピーダンス回路網が、前記制御システムの制御の下で、所定の範囲にわたって、前記第1の可変インピーダンス回路網の実効抵抗を調整するように構成された複数の切替え可能な抵抗性素子を備える、請求項1に記載のエネルギー送達システム。 a plurality of switchable resistive resistors wherein the first variable impedance network is configured to adjust the effective resistance of the first variable impedance network over a predetermined range under control of the control system; 3. The energy delivery system of Claim 1, comprising an element. 前記第1の可変インピーダンス回路網が、前記制御システムの制御の下で、所定の範囲にわたって、前記第1の可変インピーダンス回路網内に存在するいくつかの順方向ダイオード電圧降下を調整するように構成された複数の切替え可能なダイオードを備える、請求項1に記載のエネルギー送達システム。 The first variable impedance network is configured to adjust, under control of the control system, over a predetermined range a number of forward diode voltage drops present within the first variable impedance network. 2. The energy delivery system of claim 1, comprising a plurality of switched switchable diodes. 前記第1のエネルギー貯蔵システムが、前記第2のエネルギー貯蔵システムとは実質的に異なる、請求項1に記載のエネルギー送達システム。 2. The energy delivery system of claim 1, wherein said first energy storage system is substantially different than said second energy storage system. 前記第1のエネルギー貯蔵システムが、第1のVI特性曲線により構成され、前記第2のエネルギー貯蔵システムが、第2のVI特性曲線により構成され、前記第1のVI特性曲線が、前記第2のVI特性曲線とは異なり、前記第1のVI特性曲線が、所定の充電状態において前記第2のVI特性曲線をクロスオーバーする、請求項4に記載のエネルギー送達システム。 The first energy storage system is configured by a first VI characteristic curve, the second energy storage system is configured by a second VI characteristic curve, and the first VI characteristic curve is configured by the second VI characteristic curve. 5. The energy delivery system of claim 4, wherein the first VI characteristic curve crosses over the second VI characteristic curve at a given state of charge, unlike the VI characteristic curve of . 前記制御システムは、前記第1のVI特性曲線が前記第2のVI特性曲線をクロスオーバーするところを調整するように、前記第1の可変インピーダンス回路網および前記第2の可変インピーダンス回路網のうちの少なくとも一方に信号伝達するように構成されている、請求項5に記載のエネルギー送達システム。 The control system selects one of the first variable impedance network and the second variable impedance network to adjust where the first VI characteristic curve crosses over the second VI characteristic curve. 6. The energy delivery system of claim 5, wherein the energy delivery system is configured to signal at least one of the . 前記第1のエネルギー貯蔵システムは、第1の化学組成をそれぞれが有する複数の電池セルの第1の電池セルスタックを備え、前記第2のエネルギー貯蔵システムは、第2の化学組成をそれぞれが有する複数の電池セルの第2の電池セルスタックを備え、前記第1の化学組成が、前記第2の化学組成とは異なり、前記第1の電池セルスタックが、前記出力端子に対して前記第2の電池セルスタックに並列に結合されている、請求項4に記載のエネルギー送達システム。 The first energy storage system comprises a first battery cell stack of a plurality of battery cells each having a first chemical composition and the second energy storage system each having a second chemical composition. a second battery cell stack of a plurality of battery cells, wherein the first chemical composition is different than the second chemical composition, the first battery cell stack being responsive to the output terminal for the second battery cell stack; 5. The energy delivery system of claim 4, wherein the energy delivery system is coupled in parallel to a stack of battery cells. 前記第1の電池セルスタックが、第1の数の電池セルを含み、前記第2の電池セルスタックが、第2の数の電池セルを含み、前記第1の数が、前記第2の数とは異なる、請求項7に記載のエネルギー送達システム。 The first battery cell stack includes a first number of battery cells, the second battery cell stack includes a second number of battery cells, the first number equals the second number 8. The energy delivery system of claim 7, different from. 前記第1のエネルギー貯蔵システムが、化学エネルギー貯蔵システム、運動エネルギー貯蔵システム、および電位エネルギー貯蔵システムからなる第1のグループから選択され、前記第2のエネルギー貯蔵システムが、化学エネルギー貯蔵システム、運動エネルギー貯蔵システム、および電位エネルギー貯蔵システムからなる第2のグループから選択される、請求項4に記載のエネルギー送達システム。 wherein said first energy storage system is selected from a first group consisting of a chemical energy storage system, a kinetic energy storage system and a potential energy storage system, and said second energy storage system is selected from a chemical energy storage system, a kinetic energy storage system 5. The energy delivery system of claim 4, selected from the second group consisting of a storage system and a potential energy storage system. 前記制御システムが、前記第1のエネルギー貯蔵システムおよび前記第2のエネルギー貯蔵システムによって前記出力端子に供給される電流の相対的割合を制御するように、前記第1の可変インピーダンス回路網および前記第2の可変インピーダンス回路網のうちの少なくとも一方に信号伝達するように構成されている、請求項5に記載のエネルギー送達システム。 The first variable impedance network and the first variable impedance network are controlled such that the control system controls the relative proportions of current supplied to the output terminals by the first energy storage system and the second energy storage system. 6. The energy delivery system of claim 5, configured to signal at least one of two variable impedance networks. 前記制御システムが、前記第1のエネルギー貯蔵システムおよび前記第2のエネルギー貯蔵システムから収集されたパラメトリックデータに応じて、前記第1の可変インピーダンス回路網および前記第2の可変インピーダンス回路網に選択的に信号伝達するように構成されており、前記パラメトリックデータが、前記第1のエネルギー貯蔵システムによる前記第1の電流の前記送達、および前記第2のエネルギー貯蔵システムによる前記第2の電流の前記送達に関連する電圧および電流の測定結果を含む、請求項7に記載のエネルギー送達システム。 wherein the control system selectively activates the first variable impedance network and the second variable impedance network in response to parametric data collected from the first energy storage system and the second energy storage system; wherein the parametric data indicates the delivery of the first current by the first energy storage system and the delivery of the second current by the second energy storage system 8. The energy delivery system of claim 7, comprising measurements of voltage and current associated with . 前記第1のエネルギー貯蔵システムに関連する第1の電圧を測定し、前記第1の電圧を前記制御システムに伝達するように構成されている第1のアナログフロントエンドと、
前記第2のエネルギー貯蔵システムに関連する第2の電圧を測定し、前記第2の電圧を前記制御システムに伝達するように構成されている第2のアナログフロントエンドと、
前記第1のエネルギー貯蔵システムに結合されている第1のセンス抵抗器と、
前記第1のセンス抵抗器に結合されている第1の燃料ゲージ回路であって、前記第1のセンス抵抗器によって感知される前記第1の電流に応じて第1の情報を決定し、前記第1の情報を前記制御システムに伝達するように構成されている、第1の燃料ゲージ回路と、
第2のセンス抵抗器に結合されている第2の燃料ゲージ回路であって、前記第2のセンス抵抗器によって感知される前記第2の電流に応じて第2の情報を決定し、前記第2の情報を前記制御システムに伝達するように構成されている、第2の燃料ゲージ回路と
をさらに備え、
前記制御システムが、前記第1の電圧、前記第2の電圧、前記第1の情報、および前記第2の情報に応じて、前記第1の可変インピーダンス回路網および前記第2の可変インピーダンス回路網に選択的に信号伝達するように構成されている、
請求項1に記載のエネルギー送達システム。
a first analog front end configured to measure a first voltage associated with the first energy storage system and communicate the first voltage to the control system;
a second analog front end configured to measure a second voltage associated with the second energy storage system and communicate the second voltage to the control system;
a first sense resistor coupled to the first energy storage system;
a first fuel gauge circuit coupled to the first sense resistor for determining first information in response to the first current sensed by the first sense resistor; a first fuel gauge circuit configured to communicate first information to the control system;
a second fuel gauge circuit coupled to a second sense resistor for determining second information in response to said second current sensed by said second sense resistor; a second fuel gauge circuit configured to communicate information of two to said control system;
The control system controls the first variable impedance network and the second variable impedance network in response to the first voltage, the second voltage, the first information, and the second information. configured to selectively signal to
11. The energy delivery system of Claim 1.
エネルギーを負荷に送達するための方法であって、
第1のエネルギー貯蔵システムによる前記負荷への第1の電流の供給に関する電圧および電流の情報を含む第1のパラメトリックデータを収集するステップと、
第2のエネルギー貯蔵システムによる前記負荷への第2の電流の供給に関する電圧および電流の情報を含む第2のパラメトリックデータを収集するステップと、
前記収集された第1のパラメトリックデータおよび前記収集された第2のパラメトリックデータに応じて、第1の可変インピーダンス回路網により前記第1の電流を調整するステップであって、前記第1の可変インピーダンス回路網が、前記第1のエネルギー貯蔵システムと前記負荷との間に結合されている、ステップと、
前記収集された第1のパラメトリックデータおよび前記収集された第2のパラメトリックデータに応じて、第2の可変インピーダンス回路網により前記第2の電流を調整するステップであって、前記第2の可変インピーダンス回路網が、前記第2のエネルギー貯蔵システムと前記負荷との間に結合され、前記第1のエネルギー貯蔵システムおよび前記第2のエネルギー貯蔵システムが、前記負荷に対して並列に結合され、前記第1のエネルギー貯蔵システムが、前記第2のエネルギー貯蔵システムとは異なる化学組成または物理構造を有する、ステップと
を含む、方法。
A method for delivering energy to a load, comprising:
collecting first parametric data including voltage and current information relating to the supply of a first current to the load by a first energy storage system;
collecting second parametric data including voltage and current information relating to the supply of a second current to the load by a second energy storage system;
adjusting the first current with a first variable impedance network in response to the collected first parametric data and the collected second parametric data, wherein the first variable impedance a network is coupled between the first energy storage system and the load;
adjusting the second current by a second variable impedance network in response to the collected first parametric data and the collected second parametric data, wherein the second variable impedance A network is coupled between the second energy storage system and the load; the first energy storage system and the second energy storage system are coupled in parallel to the load; wherein one energy storage system has a different chemical composition or physical structure than said second energy storage system.
前記第1の電流を前記調整するステップが、前記第1のパラメトリックデータを収集した制御システムから受け取られた第1の制御信号に応答して行われ、前記第2の電流を前記調整するステップが、前記第2のパラメトリックデータも収集した前記制御システムから受け取られた第2の制御信号に応答して行われる、請求項13に記載の方法。 The adjusting the first current is performed in response to a first control signal received from a control system that collected the first parametric data, and the adjusting the second current is performed in response to a first control signal. 14. The method of claim 13, performed in response to a second control signal received from the control system that also collected the second parametric data. 前記第1の可変インピーダンス回路網が、前記第1の制御信号に応答して前記第1の可変インピーダンス回路網の実効抵抗を調整するように構成された複数の切替え可能な抵抗性素子を備え、前記第2の可変インピーダンス回路網が、前記第2の制御信号に応答して前記第2の可変インピーダンス回路網の実効抵抗を調整するように構成された複数の切替え可能な抵抗性素子を備える、請求項14に記載の方法。 said first variable impedance network comprising a plurality of switchable resistive elements configured to adjust the effective resistance of said first variable impedance network in response to said first control signal; said second variable impedance network comprising a plurality of switchable resistive elements configured to adjust the effective resistance of said second variable impedance network in response to said second control signal; 15. The method of claim 14. 前記第1の可変インピーダンス回路網が、前記第1の制御信号に応答して、前記第1の可変インピーダンス回路網内に存在するいくつかの順方向ダイオード電圧降下を調整するように構成された複数の切替え可能なダイオードを備え、前記第2の可変インピーダンス回路網が、前記第2の制御信号に応答して、前記第2の可変インピーダンス回路網内に存在するいくつかの順方向ダイオード電圧降下を調整するように構成された複数の切替え可能なダイオードを備える、請求項14に記載の方法。 wherein the first variable impedance network is configured to adjust a number of forward diode voltage drops present within the first variable impedance network in response to the first control signal; of switchable diodes, wherein the second variable impedance network reduces a number of forward diode voltage drops present in the second variable impedance network in response to the second control signal. 15. The method of claim 14, comprising a plurality of switchable diodes configured to tune. 前記第1のエネルギー貯蔵システムが、第1のVI特性曲線により構成され、前記第2のエネルギー貯蔵システムが、第2のVI特性曲線により構成され、前記第1のVI特性曲線が、前記第2のVI特性曲線とは異なり、前記第1のVI特性曲線が、所定の充電状態において前記第2のVI特性曲線をクロスオーバーし、前記制御システムは、前記第1のVI特性曲線が前記第2のVI特性曲線をクロスオーバーするところを調整するように、前記第1の可変インピーダンス回路網および前記第2の可変インピーダンス回路網のうちの少なくとも一方に信号伝達するように構成されている、請求項14に記載の方法。 The first energy storage system is configured by a first VI characteristic curve, the second energy storage system is configured by a second VI characteristic curve, and the first VI characteristic curve is configured by the second VI characteristic curve. , the first VI characteristic curve crosses over the second VI characteristic curve at a predetermined state of charge, and the control system detects that the first VI characteristic curve is different from the second VI characteristic curve. configured to signal at least one of said first variable impedance network and said second variable impedance network to adjust where the VI characteristic curve of The method described in 14. 前記第1のエネルギー貯蔵システムは、第1の化学組成をそれぞれが有する複数の電池セルの第1の電池セルスタックを備え、前記第2のエネルギー貯蔵システムは、第2の化学組成をそれぞれが有する複数の電池セルの第2の電池セルスタックを備え、前記第1の化学組成が、前記第2の化学組成とは異なる、請求項14に記載の方法。 The first energy storage system comprises a first battery cell stack of a plurality of battery cells each having a first chemical composition and the second energy storage system each having a second chemical composition. 15. The method of claim 14, comprising a second battery cell stack of multiple battery cells, wherein the first chemical composition is different than the second chemical composition. 前記第1のエネルギー貯蔵システムが、化学エネルギー貯蔵システム、運動エネルギー貯蔵システム、および電位エネルギー貯蔵システムからなる第1のグループから選択され、前記第2のエネルギー貯蔵システムが、化学エネルギー貯蔵システム、運動エネルギー貯蔵システム、および電位エネルギー貯蔵システムからなる第2のグループから選択される、請求項14に記載の方法。 wherein said first energy storage system is selected from a first group consisting of a chemical energy storage system, a kinetic energy storage system and a potential energy storage system, and said second energy storage system is selected from a chemical energy storage system, a kinetic energy storage system 15. The method of claim 14, selected from the second group consisting of a storage system and a potential energy storage system. 前記制御システムが、前記第1の電流および前記第2の電流によって出力端子に供給される電流の相対的割合を制御するように、前記第1の可変インピーダンス回路網および前記第2の可変インピーダンス回路網のうちの少なくとも一方に信号伝達するように構成されている、請求項14に記載の方法。 The first variable impedance network and the second variable impedance network such that the control system controls the relative proportions of the currents supplied to the output terminals by the first current and the second current. 15. The method of claim 14, configured to signal at least one of the networks.
JP2022507473A 2019-08-05 2020-08-04 energy delivery system Pending JP2022544130A (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962882817P 2019-08-05 2019-08-05
US62/882,817 2019-08-05
US202016760762A 2020-04-30 2020-04-30
US16/760,762 2020-04-30
PCT/US2020/044898 WO2021026163A1 (en) 2019-08-05 2020-08-04 Energy delivery system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022544130A true JP2022544130A (en) 2022-10-17

Family

ID=74503232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022507473A Pending JP2022544130A (en) 2019-08-05 2020-08-04 energy delivery system

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP3981058A4 (en)
JP (1) JP2022544130A (en)
KR (1) KR20220042214A (en)
CN (1) CN114207982A (en)
TW (1) TW202112040A (en)
WO (1) WO2021026163A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220115897A1 (en) * 2020-10-09 2022-04-14 Our Next Energy, Inc. Supplying power to an electric vehicle

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6268714B1 (en) * 1999-05-07 2001-07-31 Tai-Her Yang Voltage limiting circuit connected in parallel with a battery set and including a series-connected impedance which permits linear adjustments
US20090267588A1 (en) * 2008-04-23 2009-10-29 Schmitz Michael J Method and apparatus to dynamically control impedance to maximize power supply
KR101008755B1 (en) * 2008-07-22 2011-01-14 엘지전자 주식회사 Apparatus and Method for controlling Power
KR101632351B1 (en) * 2013-10-14 2016-06-21 주식회사 엘지화학 Apparatus for estimating state of hybrid secondary battery and Method thereof
JP2018018775A (en) * 2016-07-29 2018-02-01 新明工業株式会社 Hybrid battery
KR102221618B1 (en) * 2017-01-04 2021-03-02 한국전자통신연구원 Battery module and electronic device including the same
CN106786492B (en) * 2017-01-25 2019-04-09 上海电力学院 Hybrid energy-storing control system containing variable coefficient Load Torque Observer
JP6561407B2 (en) * 2017-04-07 2019-08-21 学校法人早稲田大学 Battery pack, battery module and battery module evaluation method
US10992144B2 (en) * 2017-05-17 2021-04-27 Galley Power LLC Battery balancing and current control with bypass circuit for load switch
WO2019125495A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 Litech Laboratories, Llc Connection of battery system to electrical distribution bus
US11038364B2 (en) * 2018-01-10 2021-06-15 Microsoft Technology Licensing, Llc Parallel charging and discharging of batteries with disparate characteristics

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220115897A1 (en) * 2020-10-09 2022-04-14 Our Next Energy, Inc. Supplying power to an electric vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021026163A1 (en) 2021-02-11
CN114207982A (en) 2022-03-18
TW202112040A (en) 2021-03-16
EP3981058A1 (en) 2022-04-13
EP3981058A4 (en) 2022-08-17
KR20220042214A (en) 2022-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101463115B1 (en) Battery pack, method of measuring voltage of the battery pack, and energy storage system including the battery pack
EP1877812B1 (en) Lithium sulfur rechargeable battery fuel gauge systems and methods
TW201103220A (en) Apparatus and method for managing plural secondary batteries
WO2014143444A1 (en) State of charge (soc) display for rechargeable battery
Moo et al. State-of-charge estimation with open-circuit-voltage for lead-acid batteries
Jantharamin et al. A new dynamic model for lead-acid batteries
CN105765395A (en) Energy storage device
Wang et al. Minimizing state-of-health degradation in hybrid electrical energy storage systems with arbitrary source and load profiles
US11209488B2 (en) Energy delivery system
JP2022544130A (en) energy delivery system
Shibata et al. Management of serially-connected battery system using multiple switches
JPH104636A (en) Method for charging lithium cell
Huang et al. State of charge estimation of lithium-ion battery based on second-order extended Kalman filter
JP2020526165A (en) Battery management
Wen et al. A new evaluation method to the consistency of lithium-ion batteries in electric vehicles
Chen et al. Performance of inconsistency in lithium-ion battery packs for battery energy storage systems
CN107306040B (en) Control method for equalizing charge of battery
CN213181889U (en) Test circuit, PCBA controller and electrical equipment
KR102151652B1 (en) Using Cuk Converter topology Li-ion battery cell balancing strategy
JP2002170599A (en) Monitor, controller, and battery module
CN112327048A (en) Power testing device and method for electronic equipment
CN101924378B (en) Battery monitoring device and method thereof
TWI712813B (en) Method and system for estimating the service life of energy storage components
CN111435792A (en) Battery electric quantity balance compensation system
CN211127195U (en) Novel B2MS storage battery equalization management system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230728

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240531