JP6214429B2 - 参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する方法及び装置 - Google Patents

参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する方法及び装置 Download PDF

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Description

この出願はアメリカ合衆国出願第６１／７６９７５４号を先の出願とする優先権を主張し、それは２０１３年２月２７日に出願されて、ここにその内容が含まれることを参考までに申し述べる。
本発明は電源装置に係り、さらに詳しくは、参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する方法、及び関係する装置に関する。
伝統的な電源装置（たとえば冗長電源装置）は通常、伝統的な電源装置内でバッテリー動作をコントロールするために特殊目的のコントロール回路が配置されている。関係技術によると、伝統的な電源装置内のコントロール回路は特定の設計を必要とするため、ある問題が起こり得る。たとえば、伝統的な電源装置の仕様はさまざまであり、コントロール回路はそれにともない調整される必要があり、その結果、関係コストが増加する。他の例では、コントロール回路の設計が使用者の必要によりアップデートされるとき、伝統的な電源装置内の機械素子（たとえば、ケース）もそれに伴い変更されなければならず、その結果、関係コストが増加する。このように、好ましくない副作用をもたらすことなく伝統的な電源装置のコントロールを強化し、基本的な構造を改善するための新規な方法が必要とされている。
ゆえに、本発明の目的は、参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する方法を提供し、及び、それに関係する装置を提供して、上述の問題を解決することにある。
本発明のもう一つの目的は、参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する方法を提供し、及び、それに関係する装置を提供して、好ましくない副作用をもたらすことなく、複数のバッテリーモジュールの間の自動バランシングを実現できるようにすることにある。
本発明の少なくとも一つの好ましい実施例によると、参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する方法が提供され、該方法は電源装置に適用される。該方法は以下を包含する。複数の参考レジスタのうちの特定の参考レジスタを、電源装置内の直列に接続された一組のバッテリーモジュールのうちの特定バッテリーモジュール内に設置してこれら参考レジスタを電気的に直列に接続し、該組のバッテリーモジュールの総電圧を、参考電圧情報に変換し、そのうち、該組のバッテリーモジュールの各バッテリーモジュールは少なくとも一つのバッテリーセルを包含し、該参考電圧情報は複数組の参考電圧レベルを包含し、各組の参考電圧レベルはそれぞれ該参考レジスタに対応し、及び、該複数組の参考電圧レベル内の特定の参考レジスタに対応する一組の参考電圧レベルに従い、特定のバッテリーモジュールのバランシングコントロール（たとえばアクティブバランシングコントロール、及び又はパッシブバランシングコントロール）を実行する。
本発明の少なくとも一つの好ましい実施例によると、参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する装置もまた提供される。該装置は少なくとも一部の電源装置を包含する。さらに詳しくは、該装置は、少なくとも一つのバッテリーモジュールを包含し、そのそれぞれは、該電源装置内で直列に接続された一組のバッテリーモジュールのうち一つのバッテリーモジュールであり、そのうち該一組のバッテリーモジュールのうち各バッテリーモジュールは、少なくとも一つのバッテリーセルを包含する。加えて、上述の少なくとも一つのバッテリーモジュールは、以下を包含する。すなわち、特定のバッテリーモジュールであって、それは一組のバッテリーモジュールのうちの一つであり、そのうち、特定のバッテリーモジュールは特定の参考レジスタを包含し、さらに特定の参考レジスタに電気的に接続された少なくとも一つのバランシングコントロール回路（たとえばアクティブバランシングコントロール回路及び又はパッシブバランシングコントロール回路）を包含する。たとえば、該特定の参考レジスタは、該組のバッテリーモジュールの総電圧を該参考電圧情報に変換するために電気的に直列に接続された複数の参考レジスタの一つであり、そのうち該複数の参考レジスタのうちの該特定の参考レジスタは該特定のバッテリーモジュールに設置され、及び該参考電圧情報は、該参考レジスタにそれぞれ対応する複数組の電圧レベルを包含する。さらに、該バランシングコントロール回路は、該複数組の参考電圧レベル内の該特定の参考レジスタに対応する一組の参考電圧レベルにより該特定のバッテリーモジュールのバランシングコントロール（たとえばアクティブバランシングコントロール、及び又はパッシブバランシングコントロール）を実施するために配置される。
本発明の参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する方法及び装置は、好ましくない副作用をもたらすことなく、複数のバッテリーモジュールの間の自動バランシングを実現できることが長所である。加えて、本発明が提出する方法及び装置は、該バッテリーモジュールの数により制限されず、及び、複数のバッテリーモジュールを具えた電源装置のセルフバランシングを実現できる。こうして、本発明の方法と装置により実行される電源装置は、非常に高い出力電圧を提供でき、弱いバッテリーモジュールにおける厳重な寿命の短縮という問題は起こらない。本発明の提供する方法及び装置は、電源装置の生産、試験、設置、使用、サービス（たとえば失効したバッテリーモジュールの交換）、及び又は柔軟なプロモーション（たとえば、少なくとも一つのバッテリーモジュールを追加或いは除去することによる出力仕様の変更）に有効である。さらに、本発明の方法及び装置に基づき、電源装置は簡単に実施され、及び低コストの目標を達成でき、内部モジュールコミュニケーションの必要はなく、蓄積可能なエラーもない。本発明の方法と装置に基づき実施される電源装置は、モジュール化によりコンフィギュラブルであり、バランシングスピードの、直列接続されたバッテリーモジュールの数による影響は最小となる。
本発明のこれらの及び他の目的は、各種図面において示される以下の好ましい実施例の詳細な説明を読むことで、この技術における通常の知識を有する者にとって明らかとなることは疑いがない。
本発明の第１実施例による参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する装置の表示図である。 本発明の実施例による参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する方法の表示図である。 本発明の実施例による図２に示される方法にかかるコントロールスキームを示す図である。 本発明の実施例による図２に示される方法にかかるコントロールスキームを示す図である。 本発明の実施例による図２に示される方法にかかるバランシング回路を示す図である。
図１は本発明の第１実施例による参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する装置１００を示す図である。該装置１００は、少なくとも一部（一部或いは全部）の電源装置を包含し、該電源装置は、たとえば、しかしこれに制限されるわけではないが、冗長電源供給装置とされる。ある例では、該装置１００は電源装置内の電気システムを代表し、該電気システムは該電源供給装置の少なくとも一つのコントロール回路を包含する。また別の例では、該装置１００は全体の電源装置を代表する。これは説明の目的のためにすぎず、本発明を制限することを意図しない。この実施例の変化によると、該装置１００は電気システムのバッテリーを含まない全ての部分を代表し得る（たとえば、上述の少なくとも一つのコントロール回路）。この実施例の他の変化によると、該装置１００は、該電源装置を含むシステムを代表し、該電源装置は該システムのサブシステムである。
この実施例によると、図１に示されるように、該装置１００は該電源装置内で直列に接続された、バッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝のような一組のバッテリーモジュール｛１１０−ｎ｝を包含し、表記Ｎは１より大きい正の整数を代表し、索引ｎは［１，Ｎ］の範囲にある正の整数を代表する。さらに、該バッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝内のバッテリーモジュール１１０−ｎのような一組のバッテリーモジュールの各バッテリーモジュールは、少なくとも一つのバッテリーセル（たとえば、一つ或いはそれより多くのバッテリーセル）を包含する。該バッテリーモジュール１１０−ｎが単一のバッテリーセルを包含するか或いは複数のバッテリーセルを包含するかにかかわらず、上述のバッテリーモジュール１１０−ｎの少なくとも一つのバッテリーセルは、簡潔にバッテリーセルＢＡｎとして示される。図１に示されるように、バッテリーセルＢＡN，ＢＡN-1，ＢＡN-2，．．．，及び ＢＡ1は、それぞれバッテリーモジュール１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１中にそれぞれ配置される。さらに詳しくは、該バッテリーセルＢＡN，ＢＡN-1，ＢＡN-2，．．．，及び ＢＡ1は、バッテリーモジュール１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１のケース内にそれぞれ配置され、該バッテリーセル｛ＢＡN，ＢＡN-1，ＢＡN-2，．．．，ＢＡ1｝は電気的に直列に接続されている。さらに、バッテリーセルＢＡN，ＢＡN-1，ＢＡN-2，．．．，及び ＢＡ1にそれぞれ対応する電圧差ＶN，ＶN-1，ＶN-2，．．．，及びＶ1のいずれかのような、バッテリーセルＢＡｎの二つの端子の間の電圧差Ｖｎは、バッテリーモジュール１１０−ｎのバランシングコントロール（たとえばアクティブバランシングコントロール及び又はパッシブバランシングコントロール）に基づき調整され得る。
図１に示されるように、該装置１００はさらに、複数の参考レジスタ｛Ｒ｝を、上述のバランシングコントロールのために包含する。典型的には、該複数の参考レジスタ｛Ｒ｝内の任意の二つの参考レジスタの抵抗値は、互いに等しい。たとえば、複数の参考レジスタ｛Ｒ｝は、この実施例においてシステムバッテリー端子ＰＡＫ＋及びＰＡＫ−のような、全体のバッテリーセル｛ＢＡN，ＢＡN-1，ＢＡN-2，．．．，ＢＡ1｝の正端子と負端子をまたいで直列に接続された高精度及び等価レジスタとされ得る。実際には、参考レジスタ｛Ｒ｝は電気的に直列に接続されて、一組のバッテリーモジュールの総電圧（すなわち、バッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝のバッテリーセル｛ＢＡN，ＢＡN-1，ＢＡN-2，．．．，ＢＡ1｝の総電圧）を、上述した参考電圧情報へと変換し、該参考電圧情報はそれぞれ該参考レジスタ｛Ｒ｝に対応する複数組の参考電圧レベルを包含し、図１に示されるように、たとえば複数組の端子の参考電圧レベル｛ＶＲＥＦN，ＧＮＤN｝，｛ＶＲＥＦN-1，ＧＮＤN-1｝，｛ＶＲＥＦN-2，ＧＮＤN-2｝，．．．，及び｛ＶＲＥＦ1，ＧＮＤ1｝を包含する。より理解されるように、図１に示される複数組の端子の参考電圧レベル｛ＶＲＥＦN，ＧＮＤN｝，｛ＶＲＥＦN-1，ＧＮＤN-1｝，｛ＶＲＥＦN-2，ＧＮＤN-2｝，．．．，及び｛ＶＲＥＦ1，ＧＮＤ1｝は複数組の参考電圧レベル｛ＶＲＥＦN，ＧＮＤN｝，｛ＶＲＥＦN-1，ＧＮＤN-1｝，｛ＶＲＥＦN-2，ＧＮＤN-2｝，．．．，及び｛ＶＲＥＦ1，ＧＮＤ1｝のようにそれぞれ表記され得る。
この実施例において、該参考レジスタ｛Ｒ｝を跨ぐ電圧は標準バッテリーブロック電圧ＶAVGとされ得て、図１に示されるバッテリーセル｛ＢＡN，ＢＡN-1，ＢＡN-2，．．．，ＢＡ1｝のバッテリーセルＢＡｎのような各バッテリーブロックが、バッテリーセル｛ＢＡN，ＢＡN-1，ＢＡN-2，．．．，ＢＡ1｝が平衡していれば、有するべきものであり、該標準バッテリーブロック電圧ＶAVGは簡単には標準電圧と示され得る。さらに詳しくは、図１に示される特定のバッテリーブロックの電圧差Ｖｘ、たとえば図１に示されるバッテリーセル｛ＢＡN，ＢＡN-1，ＢＡN-2，．．．，ＢＡ1｝内のバッテリーセルＢＡｘ（すなわち、前述した特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘの少なくとも一つのセルで、それはバッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝の一つであり、バッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝の任意のバッテリーモジュールである）が、標準電圧ＶAVGを、所定の値、たとえば設定値（ＶAVG＋△1）超過すると、特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘ内のバランシング回路（たとえば、パッシブバランシング回路或いはアクティブバランシング回路）はアクティベートされ、該特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのバッテリーブロックのエネルギーを除去するか加え、こうして、電圧差Ｖｘが別の設定値（ＶAVG−△2）以下に下がるか或いはそれ以上に上がるまで、該電圧差Ｖｘを減らすか増加する。
たとえば、電圧差Ｖｘが標準電圧ＶAVGよりも、設定値たとえば設定値（ＶAVG＋△1）が大きいことが検出されると、前述した該特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘ内のバランシング回路はアクティベートされて特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのバッテリーブロックからエネルギーを除去し、こうして電圧差Ｖｘを、それが他の設定値、たとえば設定値（ＶAVG−△2）以下に下がるまで減らす。これは説明の目的のためだけであり、本発明を制限することを意図したものではない。他の例では、電圧差Ｖｘが標準電圧ＶAVGよりも、設定値たとえば設定値（ＶAVG−△1）少ないことが検出されると、該特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘ内の前述したバランシング回路はアクティベートされて、該特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのバッテリーブロックにエネルギーを加え、こうして、電圧差Ｖｘを、それが他の設定値、たとえば設定値（ＶAVG＋△2）より高くまで増加する。
図１に示される構造に基づき、電源装置は容易に実施可能であり、及び低コストの目標は達成され得て、内部モジュールコミュニケーションの必要がなく、累積的なエラーもない。さらに、図１に示される構造に基づいて実行される該電源装置はモジュール化により設計可能であり、及びバランシング速度の、直列された特定のバッテリーモジュールの数Ｎによる影響は最小である。
図２は本発明の実施例による参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する方法２００を示す。該方法２００は図１に示される装置１００に適用可能である。該方法２００を以下に説明する。
ステップ２１０において、複数の参考レジスタ｛Ｒ｝の特定の参考レジスタＲが、該電源装置内で直列に接続された一組のバッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝の特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘ中に設置され、該参考レジスタ｛Ｒ｝は電気的に直列に接続され、該複数の参考レジスタ｛Ｒ｝は、該組のバッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝の総電圧を、参考電圧情報に変換する。たとえば、上述の参考電圧情報は、複数組の参考電圧レベル｛ＶＲＥＦN，ＧＮＤN｝，｛ＶＲＥＦN-1，ＧＮＤN-1｝，｛ＶＲＥＦN-2，ＧＮＤN-2｝，．．．，及び｛ＶＲＥＦ1，ＧＮＤ1を、複数組の端子｛ＶＲＥＦN，ＧＮＤN｝，｛ＶＲＥＦN-1，ＧＮＤN-1｝，｛ＶＲＥＦN-2，ＧＮＤN-2｝，．．．，及び｛ＶＲＥＦ1，ＧＮＤ1｝にて、それぞれ包含し、上述の該組のバッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝の総電圧は、上述されたシステムバッテリー端子ＰＡＫ＋とＰＡＫ−の間の電圧差Ｖｏとされ得る。
ステップ２２０において、該装置１００は、参考電圧情報の少なくとも一部（たとえば一部或いは全部）により、特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘ上でバランシングコントロール（たとえば、アクティブバランシングコントロール及び又はパッシブバランシングコントロール）を実行する。さらに詳しくは、該特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘの該バランシングコントロール回路は、該特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのバランシングコントロール（たとえば、アクティブバランシングコントロール及び又はパッシブバランシングコントロール）を実行する。このバランシングコントロールは、ステップ２１０において言及された特定の参考レジスタに対応する一組の参考電圧レベルによりなされ、該一組の参考電圧レベルは、複数組の端子｛ＶＲＥＦN，ＧＮＤN｝，｛ＶＲＥＦN-1，ＧＮＤN-1｝，｛ＶＲＥＦN-2，ＧＮＤN-2｝，．．．，及び｛ＶＲＥＦ1，ＧＮＤ1｝の複数組の参考電圧レベル｛ＶＲＥＦN，ＧＮＤN｝，｛ＶＲＥＦN-1，ＧＮＤN-1｝，｛ＶＲＥＦN-2，ＧＮＤN-2｝，．．．，及び｛ＶＲＥＦ1，ＧＮＤ1｝内にあり、たとえば、該特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘ内の一組の端子｛ＶＲＥＦX，ＧＮＤX｝の一組の参考電圧レベル｛ＶＲＥＦX，ＧＮＤX｝とされる。
図３は本発明の実施例による図２に示される方法２００に係るコントロールスキームを示している。図３に示されるように、一組のバッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝の各バッテリーモジュール、たとえば、バッテリーモジュール１１０−ｎは、プリント回路板（ＰＣＢ）（たとえば、複数のＰＣＢ｛１１２−Ｎ，１１２−（Ｎ−１），１１２−（Ｎ−２），．．．，１１２−１｝中の対応するＰＣＢ１１２−ｎ）を包含してもよく、及びさらにケース（たとえば、複数のケース｛１１８−Ｎ，１１８−（Ｎ−１），１１８−（Ｎ−２），．．．，１１８−１｝中の対応するケース１１８−ｎ）を包含してもよい。さらに、一組のバッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝の各バッテリーモジュールのケース、たとえばバッテリーモジュール１１０−ｎのケース１１８−ｎは、二つの外部端子ＥＴ２ｎとＥＴ１ｎを包含し、それは電気的にＰＣＢ１１２−ｎ上に設置された参考レジスタＲの二つの端子にそれぞれ電気的に接続される。複数組の外部端子｛ＥＴ２N，ＥＴ１N｝，｛ＥＴ２N-1，ＥＴ１N-1｝，｛ＥＴ２N-2，ＥＴ１N-2｝，．．．，及び｛ＥＴ２1，ＥＴ１1｝は、複数の参考レジスタ｛Ｒ｝を電気的に直列に接続するために利用されることに注意されたい。
この実施例によると、該複数の参考レジスタ｛Ｒ｝は、それぞれが一組のバッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝のＰＣＢ｛１１２−Ｎ，１１２−（Ｎ−１），１１２−（Ｎ−２），．．．，１１２−１｝に取り付けられる。こうして、前述のＰＣＢ１１２−ｎは、複数の参考レジスタ｛Ｒ｝の一つ、たとえば参考レジスタＲを、バッテリーモジュール１１０−ｎ内に取り付けるのに利用される。さらに、前述のケース１１８−ｎはバッテリーモジュール１１０−ｎの一つ以上の部品を保護するために配置され、さらに詳しくは、ＰＣＢ１１２−ｎとＰＣＢ１１２−ｎ上に取り付けられた参考レジスタＲを保護するために配置され、前述の、このバッテリーモジュール１１０−ｎの一つ以上の部品は、ＰＣＢ１１２−ｎとＰＣＢ１１２−ｎ上に取り付けられた参考レジスタＲを包含し得る。たとえば、特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘはケース１１８−Ｘを包含し、該ケース１１８−Ｘはバッテリーモジュール１１０−Ｘの一つ以上の部品、たとえばＰＣＢ１１２−Ｘ及びＰＣＢ１１２−Ｘ上に取り付けられた参考レジスタＲを保護するために配置される。該特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのケース１１８−Ｘは、二つの外部端子ＥＴ２xとＥＴ１xを包含し、これら外部端子ＥＴ２xとＥＴ１xは、ＰＣＢ１１２−Ｘ上に取り付けられた特定の参考レジスタＲにそれぞれ電気的に接続され、これら二つの外部端子ＥＴ２xとＥＴ１xのうち少なくとも一つは、該複数の参考レジスタ｛Ｒ｝を電気的に直列に接続するのに利用される。
実際には、複数のＰＣＢ｛１１２−Ｎ，１１２−（Ｎ−１），１１２−（Ｎ−２），．．．，１１２−１｝中の任意の二つのＰＣＢは同じレイアウトを有し得て、これにより関係コストを節約する。図３に示されるように、各バッテリーモジュールのＰＣＢ、たとえば前述のバッテリーモジュール１１０−ｎのＰＣＢ１１２−ｎは、第１内部端子Ｔ１ｎ及び第２内部端子Ｔ２ｎを包含し、これら第１内部端子Ｔ１ｎ及び第２内部端子Ｔ２ｎは、このバッテリーモジュール１１０−ｎのバッテリーセルＢＡｎの二つの端子に電気的に接続される。この実施例において、複数組の内部端子｛Ｔ２N，Ｔ１N｝，｛Ｔ２N-1，Ｔ１N-1｝，｛Ｔ２N-2，Ｔ１N-2｝，．．．，｛Ｔ２1，Ｔ１1｝は、それぞれ複数のＰＣＢ｛１１２−Ｎ，１１２−（Ｎ−１），１１２−（Ｎ−２），．．．，１１２−１｝の一側に配置される。これは説明の目的のためのみであり、本発明を制限ことを意図したものではない。この実施例の変化実施例によると、複数のＰＣＢ｛１１２−Ｎ，１１２−（Ｎ−１），１１２−（Ｎ−２），．．．，１１２−１｝上の複数組の内部端子｛Ｔ２N，Ｔ１N｝，｛Ｔ２N-1，Ｔ１N-1｝，｛Ｔ２N-2，Ｔ１N-2｝，．．．，｛Ｔ２1，Ｔ１1｝の位置は変更され得る。
さらに詳しくは、ステップ２１０において言及された特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘに関しては、該特定のバッテリーモジュール１１０−ＸのＰＣＢ１１２−Ｘは、第１内部端子Ｔ１ｘ及び第２内部端子Ｔ２ｘを包含し、該第１内部端子Ｔ１ｘ及び第２内部端子Ｔ２ｘは、該特定のバッテリーモジュール１１０−ＸのバッテリーセルＢＡｘの二つの端子に電気的に接続される。たとえば、特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘが直列に接続された一組のバッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝中の第１バッテリーモジュール１１０−１である状況では、配線（たとえば、”０”とラベル付けされたレジスタであって、抵抗値が０に等しいことを代表する）が、特定のバッテリーモジュール１１０−ＸのＰＣＢ１１２−Ｘ上に取り付けられ、たとえば、特定のバッテリーモジュール１１０−１のＰＣＢ１１２−１上に取り付けられ、第１内部端子Ｔ１1が、ＰＣＢ１１２−１上に取り付けられた特定の参考レジスタＲの二つの端子のうち一つに電気的に接続され、及び、第２内部端子Ｔ２1はＰＣＢ１１２−１上に取り付けられた前述の特定の参考レジスタたとえば参考レジスタＲの二つの端子のうちのもう一方に電気的に接続されない。他の例では、特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘが、直列に接続された一組のバッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝中の第１のバッテリーモジュール１１０−１と最後のバッテリーモジュール１１０−Ｎのいずれでもない状況で、第１内部端子Ｔ１ｘは特定のバッテリーモジュール１１０−ＸのＰＣＢ１１２−Ｘ上に取り付けられた特定の参考レジスタＲの二つの端子の一つに電気的に接続されず、第２内部端子Ｔ２ｘは該特定のバッテリーモジュール１１０−ＸのＰＣＢ１１２−Ｘ上に取り付けられた特定の参考レジスタＲの二つの端子のうちもう一方に電気的に接続されない。他の例では、該特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘが、直列に接続された一組のバッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝中の最後のバッテリーモジュール１１０−Ｎである状況で、配線（たとえば、”０”とラベル付けされたレジスタは抵抗値がゼロに等しいことを示す）が、特定のバッテリーモジュール１１０−ＸのＰＣＢ１１２−Ｘ、たとえば特定のバッテリーモジュール１１０−ＮのＰＣＢ１１２−Ｎ上に取り付けられて、第２内部端子Ｔ２NをＰＣＢ１１２−Ｎ上に取り付けられた特定の参考レジスタＲの二つの端子の一つに電気的に接続し、第１内部端子Ｔ１Nを、前述の特定の参考レジスタ、たとえばＰＣＢ１１２−Ｎ上に取り付けられた参考レジスタＲの二つの端子の他方に電気的に接続しない。
注意されたいことは以下のとおりである。ステップ２１０において言及された特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘに関し、一組の端子｛ＶＲＥＦX，ＧＮＤX｝の参考電圧レベル｛ＶＲＥＦX，ＧＮＤX｝は、バッテリーブロックバランスの実施において図３に示される対応するバッテリーブロックたとえばバッテリーモジュール１１０−Ｘ中のバッテリーセルＢＡｘの電圧の参考として利用される。たとえば、装置１００は、以下の公式により動作する。
（ＶＲＥＦX−ＧＮＤX）＝（Ｖｏ／Ｎ）
上述の公式中、Ｖｏは対応するパック電圧（たとえば、上述の電圧差）を代表し、Ｎは直列に接続されたバッテリーブロックの数を代表する（たとえば、上述の一組のバッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝中のバッテリーモジュールの数）。実際には、参考レジスタ｛Ｒ｝は高精度レジスタとされるべきであり、バッテリーブロック内の内部回路により誘導されるインピーダンスは参考レジスタＲに対して大きくなければならず、それにより参考電圧レベルＶＲＥＦX、さらに詳しくは、電圧差（ＶＲＥＦX−ＧＮＤX）に対する影響を最小化する。たとえば、複数の参考レジスタ｛Ｒ｝はそれぞれ０．１％以内のエラーを有するものとされる。これは説明の目的で、本発明を制限するではない。そのほか、複数の参考レジスタ｛Ｒ｝はそれぞれ０．５％以内のエラーを有するものとされる。
図４は本発明の実施例による図２に示される方法２００に係るコントロールスキームを示している。この実施例において、装置１００は、一組のバッテリーモジュール｛１１０−Ｎ，１１０−（Ｎ−１），１１０−（Ｎ−２），．．．，１１０−１｝中の少なくとも一つのバッテリーモジュールのバランシングコントロールを実行するために配置された少なくとも一つのバランシングコントロール回路を包含する。たとえば、上述の特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘは、少なくとも一つのバランシングコントロール回路（たとえば、アクティブバランシングコントロール回路及び又はパッシブバランシングコントロール回路）を包含し、該バランシングコントロール回路は電気的に特定の参考レジスタに接続されて、上述の特定の参考レジスタに対応する一組の参考電圧レベル、たとえば、一組の端子｛ＶＲＥＦX，ＧＮＤX｝の参考電圧レベル｛ＶＲＥＦX，ＧＮＤX｝により、特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのバランシングコントロール（たとえばアクティブバランシングコントロール或いはパッシブバランシングコントロール）を実行するように配置される。実際には、該特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘの少なくとも一つのバランシングコントロール回路は、該特定のバッテリーモジュール１１０−ＸのＰＣＢ１１２−Ｘを利用することで実施され、さらに詳しくは、ＰＣＢ１１２−Ｘの一部及び該ＰＣＢ１１２−Ｘ上に取り付けられたいくつかの部品を包含し得る。
図４に示される構造は、前述の特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘの少なくとも一つのバランシングコントロール回路の例とされ得る。図４に示されるようにバランシングコントロール回路１１４−Ｘは複数のオペアンプＯＰａ，ＯＰｂ，ＯＰｃ，及び比較器ＣＰｘを包含し、及びさらに複数のインピーダンス部品を包含し、該複数のインピーダンス部品は、複数のコンデンサ（たとえば、図４の左半部に描かれるもの）及び複数のレジスタ、たとえば図４に示されるレジスタＲ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８及び”Ｒ／３”とラベル付けされたものを包含する。図４中、”Ｒ／３”とラベル付けされたレジスタはいずれも、その抵抗値は、ＰＣＢ１１２−Ｘ上に取り付けられた特定の参考レジスタＲの抵抗値の１／３に等しい。さらに、該バランシングコントロール回路１１４−Ｘはさらに、複数のダイオードを包含し得る（たとえば、オペアンプＯＰｂの正の入力端子に電気的に接続されたツェナダイオード）。図４中の三角形の接地符号は、特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのローカル接地と見なされ得て、端子ＧＮＤXの参考電圧レベルＧＮＤXのようであり、及び、図４中に示される参考電圧レベル＋１０Ｖは、端子ＧＮＤXの参考電圧レベルＧＮＤXより１０Ｖ高い電圧レベルである。
図４は別の実施例で、図３の参考レジスタ｛Ｒ｝を電圧分配モジュール４１０（直列に接続した３つのレジスタ）に換えたものである。図４中に示される電圧分配モジュール４１０中、”１／３”とラベル付けされた一組のレジスタのレジスタ構成の配置は、端子ＶＦＢｘとＶＦＡｘのコモンモード範囲を調整するために利用され得る。”Ｒ／３”とラベル付けされた一組のレジスタのそれぞれのレジスタの抵抗値は、ＰＣＢ１１２−Ｘ上に取り付けられた特定の参考レジスタＲの抵抗値の三分の１（１／３）に等しい。これは説明の目的のためにすぎず、本発明を制限するためのものではない。他の例では、電圧分配モジュール４１０における抵抗率は変化し得る。さらに、ＰＣＢ１１２−Ｘ”Ｒ／３”とラベル付けされた一組のレジスタ中の各レジスタの抵抗値はＰＣＢ１１２−Ｘ上に取り付けられた特定の参考レジスタＲの抵抗値の１／３に等しいため、オペアンプＯＰａ，ＯＰｂの出力端子の電圧レベルは、それぞれ、該特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのローカル接地（すなわち、端子ＧＮＤXの参考電圧レベルＧＮＤX）に関して、（２／３）ＶＲＥＦ X と（１／３）ＶＲＥＦ X となる。分かりやすくいうと、簡単には、該ローカル接地は、端子ＧＮＤXの参考電圧レベルＧＮＤXのように、ゼロと見なされ得て、それゆえに、電圧差ＶＲＥＦ X −ＧＮＤ X は、ＶＲＥＦXと見なされ得る。さらに、複数のレジスタ｛Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８｝の抵抗値は、｛Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８｝とそれぞれ記載され得る。たとえば、オペアンプＯＰｃの出力端子の電圧レベルＶＲｘは以下のように記載され得る。
Figure 0006214429
図４に示される構造の動作の結果、特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのバランシングコントロール回路１１４−Ｘは、バランシングコントロール回路１１４−Ｘのコントロール端子ＢＢONでブロックバランシングターンオン信号を生成し、これにより特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのブロックバランシングがターンオンされる（或いはイネーブルされる）。たとえば、特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのブロックバランシングは、ブロックバランシングターンオン信号がローレベルのとき、イネーブルされ、このブロックバランシングターンオン信号がハイレベルにあるとき、ディスエーブルされる。これは説明の目的のためだけであり、本発明を制限するためのものではない。この実施例の変化実施例では、特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのブロックバランシングは、このブロックバランシングターンオン信号がハイレベルにあるときにイネーブルされ、このブロックバランシングターンオン信号がローレベルにあるときにディスエーブルされる。
実際には、バランシングコントロール回路１１４−Ｘ内の全てのレジスタは、それぞれ０．１％以内のエラー率を有する。これは説明のためだけであり、本発明を制限するためのものではない。他の例では、バランシングコントロール回路１１４−Ｘ内の全てのレジスタは、それぞれ０．５％以内のエラー率を有する。さらに、特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘ内の前述のバランシング回路（たとえば、パッシブバランシング回路或いはアクティブバランシング回路）はバランシングコントロール回路１１４−Ｘのコントロールの下で特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのブロックバランシングを選択的に実行するために利用され得る。この実施例の細部の説明は重複して行なわない。
図５は本発明の実施例の図２に示される方法２００に係るバランシング回路を示す。図５に示される構造は、上述されたバランシング回路の例とされ得て、バランシングコントロール回路１１４−Ｘのコントロールの下で、上述した特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのブロックバランシングを選択的に実行するのに利用され得る。
図５に示されるように、該バランシング回路１１６−Ｘは、複数の捲線ＬＰ（Ｘ）及びＬＳ（Ｘ）（それぞれ一次側と二次側に対応する）を包含し、さらに、スイッチ（たとえば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ（Ｘ）、該スイッチに直列に接続されたダイオードＤ（Ｘ）、エネルギー暫時保存ユニット（たとえば、少なくとも一つのコンデンサＣ（Ｘ））及びもう一つのダイオードＤA（Ｘ）を包含し、該エネルギー暫時保存ユニットは二次側に対応する捲線ＬＳ（Ｘ）に組み合わされる。図１に示されるように、コンデンサＣ（Ｘ）の二つの端子は二次側に対応する捲線ＬＳ（Ｘ）の二つの端子に組み合わされる。この実施例では、コンデンサＣ（Ｘ）はエネルギー暫時保存ユニットの例ととられる。これは説明のためだけであり、本発明を制限するためのものではない。本発明の変化例によると、エネルギー暫時保存ユニットの構造は変化可能である。ある例では、エネルギー暫時保存ユニットは複数のコンデンサ｛Ｃ（Ｘ）｝を包含し得る。他の例では、エネルギー暫時保存ユニットは一つ或いは複数のインダクタを包含し得る。さらに別の例では、エネルギー暫時保存ユニットは少なくとも一つのコンデンサＣ（Ｘ）及び又は少なくとも一つのインダクタを包含し得る。
実際には、特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘ内の該バランシング回路１１６−Ｘは特定のバッテリーモジュール１１０−ＸのＰＣＢ１１２−Ｘを利用して実施され得て、さらに詳しくは、ＰＣＢ１１２−Ｘの一部及び該ＰＣＢ１１２−Ｘ上に取り付けられたいくつかの部品を包含し得る。この実施例によると、図５に示される内部端子Ｔ１（Ｘ）及びＴ２（Ｘ）はそれぞれＰＣＢ１１２−Ｘの第１内部端子Ｔ１ｘ及び第２内部端子Ｔ２ｘに電気的に接続され、該第１内部端子Ｔ１ｘ及び第２内部端子Ｔ２ｘは、特定のバッテリーモジュール１１０−ＸのバッテリーセルＢＡｘの二つの端子に電気的に接続される。さらに、図５に示される内部端子Ｔ４（Ｘ）及び内部端子Ｔ３（Ｘ）は、全体のバッテリーセル｛ＢＡN，ＢＡN-1，ＢＡN-2，．．． ＢＡ1｝の正端子と負端子（たとえば、この実施例のシステムバッテリー端子ＰＡＫ＋とＰＡＫ−）にそれぞれ電気的に接続される。さらに、バランシング回路１１６−Ｘの前述のスイッチ、たとえば図５に示されるＭＯＳＦＥＴ Ｑ（Ｘ）は、該バランシング回路１１６−Ｘをイネーブル或いはディスエーブルするために利用される。たとえば、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ（Ｘ）のゲートは図４に示されるバランシングコントロール回路１１４−Ｘのコントロール端子ＢＢONに組み合わされる。結果として、がバランシング回路１１６−Ｘは、バランシングコントロール回路１１４−Ｘのコントロールの下で、特定のバッテリーモジュール１１０−Ｘのブロックバランシングを選択的に実行する。説明を簡単にするため、この実施例に関する類似の細部の説明は、重複して行なわない。
以上は本発明の好ましい実施例の説明に過ぎず、並びに本発明を限定するものではなく、本発明に提示の精神より逸脱せずに完成されるその他の同等の効果の修飾或いは置換は、いずれも本発明の権利請求範囲内に属する。

Claims (10)

  1. 参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する方法において、該方法は、電源装置に適用され、該方法は、
    複数の参考レジスタが相互に直列に接続された後、一組のバッテリーモジュールの総電圧が参考電圧情報に変換され、該一組のバッテリーモジュール中の各バッテリーモジュールは少なくとも一つのバッテリーセルを含み、該参考電圧情報は該複数の参考レジスタに対応する複数組の参考電圧レベルを含み、
    該複数組の参考電圧レベルのうち、特定の参考レジスタに対応する一組の参考電圧レベルに基づき、特定のバッテリーモジュールのバランシングコントロールを行うことを含み、該方法は、少なくとも一つのバランシングコントロール回路により実行され、該バランシングコントロール回路及び該特定の参考レジスタは該バッテリーモジュールのプリント基板上に取り付けられ、該バランシングコントロール回路は、該特定の参考レジスタに電気的に接続され、該複数組の参考電圧レベル内で、該特定の参考レジスタに対応する一組の参考電圧レベルに従い、該特定のバッテリーモジュールのバランシングコントロールを実行し、該バランシングコントロール回路は比較器、第１オペアンプ、第２オペアンプ、及び第３オペアンプを含み、該比較器は該バッテリーセルのバッテリー電圧及び該参考電圧レベルを比較することで、該バッテリーセルをコントロールして放電させ、該第１オペアンプの第１入力端子と該第２オペアンプの第２入力端子はそれぞれ該特定の参考レジスタの両端に電気的に接続され、そのうち該第１入力端子と該第２入力端子の間の電圧差は該参考電圧レベルとされ、該第３オペアンプの二つの入力端子はそれぞれ該第１オペアンプの第１出力端子と第２オペアンプの第２出力端子に接続され、該第３オペアンプの第３出力端子は該比較器のプラス端子に接続されて、該参考電圧レベルを該プラス端子に入力させ、該バッテリー電圧は該比較器のマイナス端子に入力されることを特徴とする、方法。
  2. 請求項１記載の方法において、該特定のバッテリーモジュールは、該特定のバッテリーモジュールの部品を保護するために配置されたケースを包含し、該部品は該特定の参考レジスタを包含し、該特定のバッテリーモジュールの該ケースは、二つの外部端子を包含し、これら外部端子は、該特定の参考レジスタの二つの端子にそれぞれ電気的に接続され、及びこれら二つの外部端子のうち少なくとも一つの外部端子は、該複数の参考レジスタを電気的に直列に接続するために利用されることを特徴とする、方法。
  3. 請求項１記載の方法において、該複数の参考レジスタは、該一組のバッテリーモジュールのプリント基板上にそれぞれ取り付けられ、該一組のバッテリーモジュール中の各バッテリーモジュールはそのうち一つのプリント基板を包含し、該プリント基板に該複数の参考レジスタの一つが取り付けられ、該特定のバッテリーモジュールの該プリント基板は第１内部端子及び第２内部端子を包含し、該第１内部端子及び第２内部端子は該特定のバッテリーモジュールの少なくとも一つのバッテリーセルの二つの端子に電気的に接続され、及び、該特定のバッテリーモジュールが直列に接続された該一組のバッテリーモジュール中の第１バッテリーである場合は、配線が該特定のバッテリーモジュールのプリント基板上に設けられて、該第１内部端子を該特定の参考レジスタの二つの端子のうちの一つに電気的に接続し、該第２内部端子は該特定の参考レジスタの二つの端子のうちのもう一つに電気的に接続されないことを特徴とする、方法。
  4. 参考電圧情報の補助でバランシングコントロールを実行する装置において、該装置は電源装置の少なくとも一部を包含し、該装置は、
    少なくとも一つのバッテリーモジュールを包含し、各該バッテリーモジュールは該電源装置内で直列に接続された一組のバッテリーモジュールのうちの一つであり、該一組のバッテリーモジュール中の各バッテリーモジュールは、少なくとも一つのバッテリーセルを包含し、該少なくとも一つのバッテリーモジュールは、特定のバッテリーモジュールを含み、該特定のバッテリーモジュールは、該一組のバッテリーモジュールのうちの一つであり、該特定のバッテリーモジュールは、
    複数の特定の参考レジスタであって、該バッテリーモジュールのプリント基板上に取り付けられ、該一組のバッテリーモジュールの総電圧を該参考電圧情報に変換するために電気的に直列に接続された複数の参考レジスタ中の一つであり、該複数の参考レジスタ中の該特定の参考レジスタは、特定のバッテリーモジュール内に設置され、及び該参考電圧情報はそれぞれ該参考レジスタに対応する複数組の参考電圧レベルを包含する、上記複数の特定の参考レジスタと、
    少なくとも一つのバランシングコントロール回路であって、該バッテリーモジュールのプリント基板上に取り付けられ、該特定の参考レジスタに電気的に接続され、該複数組の参考電圧レベル内で、該特定の参考レジスタに対応する一組の参考電圧レベルに従い、該特定のバッテリーモジュールのバランシングコントロールを実行し、該バランシングコントロール回路は比較器、第１オペアンプ、第２オペアンプ、及び第３オペアンプを含み、該比較器は該バッテリーセルのバッテリー電圧及び該参考電圧レベルを比較することで、該バッテリーセルをコントロールして放電させ、該第１オペアンプの第１入力端子と該第２オペアンプの第２入力端子はそれぞれ該特定の参考レジスタの両端に電気的に接続され、そのうち該第１入力端子と該第２入力端子の間の電圧差は該参考電圧レベルとされ、該第３オペアンプの二つの入力端子はそれぞれ該第１オペアンプの第１出力端子と第２オペアンプの第２出力端子に接続され、該第３オペアンプの第３出力端子は該比較器のプラス端子に接続されて、該参考電圧レベルを該プラス端子に入力させ、該バッテリー電圧は該比較器のマイナス端子に入力される、上記少なくとも一つのバランシングコントロール回路と、
    を包含することを特徴とする、装置。
  5. 請求項４記載の装置において、該特定のバッテリーモジュールは、該特定のバッテリーモジュールの部品を保護するために配置されたケースを包含し、該部品は該特定の参考レジスタを包含することを特徴とする、装置。
  6. 請求項５記載の装置において、該特定のバッテリーモジュールのケースは、二つの外部端子を包含し、該二つの外部端子はそれぞれ該特定の参考レジスタの二つの端子に電気的に接続され、これら二つの外部端子の少なくとも一つは、該複数の参考レジスタを電気的に直列に接続するために利用されることを特徴とする、装置。
  7. 請求項４記載の装置において、該複数の参考レジスタは該一組のバッテリーモジュールのプリント基板上にそれぞれ取り付けられ、該一組のバッテリーモジュール中の各バッテリーモジュールは、該複数の参考レジスタのうちの一つを取り付けるための一つの該プリント基板を包含することを特徴とする、装置。
  8. 請求項７記載の装置において、該特定のバッテリーモジュールのプリント基板は、第１内部端子及び第２内部端子を含み、該第１内部端子及び該第２内部端子は、該特定のバッテリーモジュールの該少なくとも一つのバッテリーセルの二つの端子に電気的に接続され、該特定のバッテリーモジュールが相互に直列に接続された該一組のバッテリーモジュール中の第１バッテリーモジュールであれば、配線が該特定のバッテリーモジュールの該プリント基板上に設けられて、該第１内部端子が該特定の参考レジスタの二つの端子のうちの一つに電気的に接続され、該第２内部端子は該特定の参考レジスタの二つの端子のうちのもう一つに電気的に接続されないことを特徴とする、装置。
  9. 請求項７記載の装置において、該特定のバッテリーモジュールのプリント基板は、第１内部端子と第２内部端子を包含し、これら第１内部端子と第２内部端子は該特定のバッテリーモジュールの少なくとも一つのバッテリーセルの二つの端子に電気的に接続され、及び該特定のバッテリーモジュールが直列に接続された該一組のバッテリーモジュール中の第１バッテリーモジュールと最後のバッテリーモジュールのいずれでもない場合、該第１内部端子は該特定の参考レジスタの二つの端子のうちの一つに電気的に接続されず、該第２内部端子は該特定の参考レジスタの二つの端子のうちのもう一方に電気的に接続されないことを特徴とする、装置。
  10. 請求項７記載の装置において、該特定のバッテリーモジュールのプリント基板は、第１内部端子と第２内部端子を包含し、これら第１内部端子と第２内部端子は該特定のバッテリーモジュールの少なくとも一つのバッテリーセルの二つの端子に電気的に接続され、及び該特定のバッテリーモジュールが直列に接続された該一組のバッテリーモジュール中の最後のバッテリーモジュールである場合、配線が該特定のバッテリーモジュールのプリント基板上に設けられて、該第２内部端子を該特定の参考レジスタの二つの端子のうちの一つに電気的に接続し、該第１内部端子は該特定の参考レジスタの二つの端子のうちのもう一方に電気的に接続されないことを特徴とする、装置。
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