JP6329706B2 - バッテリ対応電源用充電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、保護接地電位に接続された、特に医療機器におけるバッテリ対応電源のための充電補償器の分野に関する。特に、本発明は、独立請求項に記載の充電デバイス、電力供給システム、並びにバッテリの充電及び放電を制御する方法に関する。

高レベルの直流電源電圧を必要とする消費者は、供給バッテリに接続されることができる。高レベルの出力電圧のため、バッテリは、直列に接続された複数のセルからなる。例えば、安全上の理由から、バッテリの１つの電位を保護接地電位に接続することが必要な場合がある。バッテリを２つの連続した部分に分け、そのように作成される中心点を保護接地に接続することは、バッテリの任意の極と保護接地電位に接続される任意の部分との間に発生する絶縁力又は電圧ストレスを低減するのに役立つ。

バッテリを所望の充電状態にするため、充電器とも呼ばれる市販のバッテリ充電デバイスが使用されることができる。中央に接地された２つの直列部分からなるバッテリに１つの充電器を接続することは、単一の絶縁故障の場合に望ましくない高電圧をもたらす場合がある。例えば、一方のバッテリ極と保護接地電位に接続される部分との間の絶縁破壊などである。バッテリ部のいずれかに別の充電器が使用される場合、これは回避されることができる。

バッテリの部分の非対称充電は、望ましくないバッテリの各部分の異なる充電状態をもたらす場合があり、不平衡な経時変化及び容量損失を生じさせる。斯かる異なる充電状態の防止は、例えば洗練された複雑な充電制御により、非常に高い精度の充電電流測定値及び充電状態測定値を必要とする。利用可能な充電デバイスは例えば、いわゆる電流調整モード又は電圧調整モードにより、バッテリの部品又は部分を作動させてバランスさせる。

しかしながら、現代のリチウムイオンバッテリは、かなり平坦な充電曲線を持つ。これは、バッテリ電圧が、広範囲な充電状態に対して充電状態にほとんど依存しないことを意味する。結果として、電圧調整モードは、充電曲線の平坦な領域では適切に機能しない。なぜなら、単純な電圧測定では、充電状態が検出されることができないからである。従って、充電曲線の平坦な領域において好ましくは、電流調整モードが適用される。

ＷＯ２００９１４５７０９Ａ１号は、バッテリ不平衡緩和のための制御回路を記載する。

ＪＰ２００４１９４４１０Ａ号は、車両のための電源デバイスを記載する。

ＵＳ６２７１６４５Ｂ１号は、バッテリパック内の第１及び第２のバッテリグループの間のエネルギーレベルを平衡させる方法及び回路を記載する。

バッテリ用の充電デバイスを改良する必要が存在する。

これらの必要性は、独立請求項の主題により満たされる。更なる例示的な実施形態が、従属項及び以下の説明から明らかである。

本発明の一側面は、充電デバイスに関し、これは、バッテリの第１のバッテリ部を通る第１の電流とバッテリの第２のバッテリ部を通る第２の電流との間の差として差分電流を測定し、上記測定された差分電流に基づき電流差分信号を提供するセンサであって、上記第１のバッテリ部と上記第２のバッテリ部とが中央接地される、センサと、上記提供される電流差分信号及びバッテリ電流設定値に基づき、上記第１のバッテリ部に使用される第１の電流設定値及び上記第２のバッテリ部に使用される第２の電流設定値を計算するよう構成された補償器と、上記第１の電流設定値に基づき上記第１のバッテリ部の、及び上記第２の電流設定値に基づき上記第２のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御するよう構成されるコントローラとを有し、上記コントローラが、上記第１の電流設定値に基づき、上記第１のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御する第１部分充電デバイスと、上記第２の電流設定値に基づき、上記第２のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御する第２部分充電デバイスとを有する。言い換えると、本発明の概念は、オーバーレイ制御ループを使用してバッテリの別々に制御する部分のための機能ブロックの導入と見なされることができる。機能ブロックは、２つのバッテリ部、例えば正及び負のバッテリ半分の間の電流差を測定するために使用される。機能測定ブロックは、電流差を表す出力信号を生成する。

本発明の更なる第２の側面は、電源システムに関し、これは、第１のバッテリ部と第２のバッテリ部とを含むバッテリと、本発明の第１の側面による、又は本発明の第１の側面の任意の実施形態による充電デバイスとを有し、充電デバイスは、バッテリの充電及び／又は放電を制御するよう構成される。

本発明の第３の側面によれば、バッテリの充電及び放電を制御する方法が提供され、この方法は、
ａ）バッテリの第１のバッテリ部を通る第１の電流と、バッテリの第２のバッテリ部を通る第２の電流との間の差として差分電流を測定し、上記差分電流に基づき電流差分信号を提供するステップであって、上記第１のバッテリ部及び上記第２のバッテリ部が中央接地される、ステップと、
ｂ）上記電流差分信号に基づき、及びバッテリ電流設定値に基づき、補償器により、上記第１のバッテリ部に使用される第１の電流設定値及び上記第２のバッテリ部に使用される第２の電流設定値を計算するステップと、
ｃ）上記第１の電流設定値に基づき上記コントローラにより上記第１のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御するステップと、上記第２の電流設定値に基づき上記コントローラにより上記第２のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御するステップとを有し、上記コントローラが、ｉ）上記第１の電流設定値に基づき、上記第１のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御する第１部分充電デバイスと、ｉｉ）上記第２の電流設定値に基づき、上記第２のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御する第２部分充電デバイスとを有する。

本発明の例示的な実施形態によれば、上記補償器が、上記第１の電流設定値及び第２の電流設定値を計算するため、上記電流差分信号を増幅する増幅器を有する。これは、有利なことに、バッテリ部の電流平衡の精度を向上させることを可能にする。

本発明の例示的な実施形態によれば、上記補償器が、上記第１の電流設定値及び上記第２の電流設定値を計算するため、上記電流差分信号を積分する積分器を有する。これは、有利なことに、単一のバッテリ部の急速な不平衡を回避することを可能にする。

本発明の例示的な実施形態によれば、補償器は、比例積分コントローラ、比例コントローラ、比例積分コントローラ、比例微分コントローラ、比例積分微分コントローラ又はデッドビートコントローラとして作動されるよう構成される。これは、有利なことに、エラーを補償することを可能にし、迅速な応答時間を提供する。

本発明の例示的な実施形態によれば、上記充電デバイスが、バッテリの充電状態の所定の範囲において、バッテリの充電状態を制御する。

本発明の例示的な実施形態によれば、上記センサが、０から１Ａ、好ましくは０から１００ｍＡ、最も好ましくは０から１０ｍＡの電流範囲にわたって差分電流を測定する。

本発明の例示的な実施形態によれば、上記センサが、上記第１の電流及び／又は上記第２の電流の１桁のパーセンテージの範囲内、好ましくは上記第１の電流／又は上記第２の電流の千分の１桁の電流範囲内で、上記第１の電流及び上記第２の電流の差分電流を測定する。

本発明の例示的な実施形態によれば、上記補償器が、上記電流差分信号の最小化制御ループを用いて、上記第１の電流設定値及び上記第２の電流設定値を計算する。

本発明によれば、上記第１のバッテリ部及び上記第２のバッテリ部は、中央に接地される。これは、有利なことに、システム内における最大上昇電圧レベルを低下させ、従って、電圧分離の要求及び努力を最小化することを可能にする。

本発明により使用される部分に関連して「中央接地される」という用語は、バッテリ部及びアース接続の構成を指し、そこでは、接地電位へのアースが、２つのバッテリ部の間の位置で結合される。バッテリ部における差分電流は、保護接地電位に導かれ、これは、いくつかの適用可能な医療機器に対しては望ましくない。

本書に記載される方法、システム及びデバイスは、デジタル信号プロセッサ、ＤＳＰ、マイクロコントローラ、若しくは他の任意のサイドプロセッサにおけるソフトウェアとして、又は特定用途向け集積回路、ＡＳＩＣ、若しくは製造後に顧客又は設計者により構成されるよう設計された集積回路であるフィールドプログラマブルゲートアレイにおけるハードウェア回路として実現される。

本発明は、デジタル電子回路、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせにおいて実現されることができ、例えば、従来の医療機器若しくは医用撮像機器の利用可能なハードウェアにおいて、又は本書に記載される方法を処理するための専用の新しいハードウェアにおいて実現されることができる。

本発明は特に、移動式（例えば、移動式診断用放射線）又は固定式（例えば、コンピュータ断層撮影システム、磁気共鳴システム又は介入式放射線システム）のいずれかの医用撮像システムへの適用を可能にする。斯かるシステムは、病院の主電源の故障の場合にも、中断のない電力供給を必要とする。そのため、斯かるシステムの電力供給は典型的には、バッテリパックによりサポートされ、より具体的には、バッファリングされる。斯かるバッテリパック（ｂａｔｔｅｒｙ ｂａｃｋｓ）が、本発明を使用して有利に充電されることができる。

本発明の例示的な実施形態による充電デバイスの概略的なダイアグラムを示す図である。 本発明を説明するためのバッテリの充電曲線の概略的なダイアグラムを示す図である。 本発明の例示的な実施形態による充電デバイスを示す図である。 本発明の例示的な実施形態による充電デバイスを示す図である。 本発明の例示的な実施形態による充電デバイスの概略的なダイアグラムを示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリの充電及び放電制御方法の概略的なフローチャートを示す図である。 本発明の例示的な実施形態による電源システムの概略的なダイアグラムを示す図である。

本発明のこれら及び他の側面は、本書に記載される実施形態から明らかとなり、及び実施形態を参照して説明されることになる。本発明及び本発明の利点のより完全な理解は、以下の概略図を参照することにより、より明確に理解されるであろう。

本発明及び本発明の利点のより完全な理解は、以下の概略図を参照することにより、より明確に理解されるであろう。

図面における図は、純粋に概略的なものであり、スケーリング関係又はサイズ情報を提供するものではない。異なる図面又は図において、類似又は同一の要素は同じ参照番号を具備する。一般に、同一の部分、ユニット、実体又はステップは、明細書において同じ参照符号を具備する。

図１は、本発明の例示的な実施形態による充電デバイス１００を示す。充電デバイス１００は、バッテリ２００に結合されることができる。バッテリ２００は、第１のバッテリ部２１０及び第２のバッテリ部２２０を有することができる。例えば、第１のバッテリ部２１０及び第２のバッテリ部２２０は、バッテリ２００の半分若しくは任意の他の均等な共有、例えば３分の１若しくは４分の１、又は均等ではない共有である。

例えばバッテリ部２１０、２２０がバッテリ２００の均等な共有である場合、バッテリ部２１０、２２０は、中央接地されることができる。

図１においてｐｏｓ.側及びｎｅｇ.側、即ちバッテリ２００のポジティブ側及びネガティブ側とも表されるバッテリ部２１０、２２０は、コンタクタＳ１＋及びＳ１−を用いて別個に電気的に切替え可能である。第１の電流Ｉ＿ＰＯＳは、バッテリ２００の第１のバッテリ部２１０を通り流れ、第２電流Ｉ＿ＮＥＧは、バッテリ２００の第２のバッテリ部２２０を通り流れることができる。

バッテリ部２１０、２２０が例えば、直列に接続される場合、バッテリ２００は、出力電圧Ｖｏｕｔを提供する。電圧Ｖｐ及びＶｎは、それぞれ２つのバッテリ部２１０、２２０にわたる電圧である。言い換えると、出力電圧Ｖｏｕｔは、ＶｐとＶｎとの和である。

バッテリ２００の出力電圧Ｖｏｕｔは、０から２５００Ｖ、好ましくは６０から１５００Ｖ、最も好ましくは１００から１０００Ｖの範囲にあるとすることができる。

充電デバイス１００は、エネルギバッファとしてバッテリ２００の形態のバッテリパックを有する、より大きな医療デバイス用の電源に使用されることができる。充電デバイス１００は、共に図１において図示省略されたセンサ１０、補償器２０と、コントローラ３０とを有することができる。バッテリ電流設定値Ｉ＿ＳＰは、充電制御部４０、バッテリ２００に関して使用されるバッテリ管理システムにより提供されることができる。充電制御部４０は、図１に示されるように、コントローラ３０の一部であるか、又は充電デバイス１００の一部とすることができる。

Ｃ／Ｖアプリケーション用のｉＸＲシステムのような他の高性能システムは、ＵＰＳ機能をサポートするため、バッテリバッファされた電源を使用することができる。現在、多くの医療アプリケーションでは、バッテリバッファされたアプリケーションの数が増加する傾向が見られる。

もう１つの傾向は、ＵＰＳ機能のパフォーマンスの向上を示す。データ処理及び画像処理がサポートされるだけでなく、主電源の不足の間、特定の時間期間において、画像生成の主機能がサポートされることができる。

図１に示される本発明の例示的な実施形態によれば、バッテリ２００と充電デバイス１００とをＰ.Ｅ.電位、即ち電気回路における保護接地又は接地電位に中央接続することが有益である。言い換えると、バッテリ部２１０、２２０は、図１に示されるように、中央に接地される。

これは、第１部分充電デバイス３２及び第２部分充電デバイス３４の形態の２つの別個の充電器の充電電流が等しくなく、非対称充電をもたらす可能性を生み出す。この効果は、第１部分充電デバイス３２と第２部分充電デバイス３４により提供される実際の電流が互いに異なるときに生じる場合がある。非対称充電は、望ましくない２つのバッテリ部２１０、２２０の異なる充電状態をもたらす場合がある。さらに、それは、必ず接地漏電電流の直流成分をもたらす。なぜなら、２つのバッテリ半体の中心点が保護接地電位（図１）に接続されるからである。接地漏電電流は、本発明の範囲内にある医療デバイスの適用可能な規格により制限される。充電デバイス１００は、この電荷の差を能動的に補償し、従って接地漏電電流のＤＣ成分を相殺するよう構成されることができる。

図２は、本発明を説明するためのリチウムイオンバッテリの充電曲線の概略図を示す。

実際には、両方のバッテリ半体を同じ充電状態に保つことは自明ではない。充電デバイスは、電流調整モード又は電圧調整モードのいずれかで作動する。しかしながら、バッテリ２００として使用される現代のリチウムイオンバッテリは、かなり「平坦な」充電曲線を持つ。これは、図２に示されるように、バッテリ電圧Ｖｏｕｔ、及びバッテリの任意の部分の電圧Ｖｐ及びＶｎが、その充電状態に広範囲に依存することを意味する。

結果として、電圧調整モードは、「平坦な」領域では機能しない。なぜなら、充電状態が、単純な電圧測定では検出されることができないからである。従って、この領域では、バッテリは好ましくは、定電流で充電される。

従って、各バッテリ側の充電電流と放電電流とを統合した充電制御部と組み合わせることで、電流調整が好ましい動作モードである。これにより、充電状態が通常、所望のウィンドウ内に維持される。

しかしながら、任意の閉ループ制御は、実際の値の測定に基づかれる。市販の電流測定デバイス又は電荷量子化デバイスの総合的な精度は限られる。高品質のデバイスは、定格電流のプラスマイナス１％の公差まで測定することができる。

従って、最悪の場合、一方の充電器が、公称電流値の０.９９倍を供給し、他方の充電器が、公称電流値の１.０１倍を供給する場合、合計電流差は公称電流の２％まで増加する可能性がある。

「平坦な」領域は、バッテリ２００の経年劣化が最小であるという事実のため、動作に関して好まれる。満充電状態及び非常に低い充電状態では、バッテリの寿命時間の減りは不当に速い。充電デバイス１００は、バッテリ２００の充電状態ＳＯＣの所定の範囲Ｒ＿ＳＯＣにおいてバッテリ２００の充電状態ＳＯＣを制御するよう構成されることができる。

制限された精度及びバッテリの不均一な自己放電のため、充電積分器は、時折再較正されなければならず、これは好ましくは、正確な充電状態が結論付けられる電圧上昇が観察されるまでバッテリを充電することにより行われる。個々のバッテリセルの自己放電率が異なるため、これは、各セルで同時に発生するものではないが、通常は１つのセルが、電圧を構築し始める。

すべてのセルを同期した充電状態に戻すため、既に完全に充電されたセルは、それ以上充電されてはならず、これは、例えばダンプ抵抗を使用してセルをバイパスすることにより実現される。ダンプ抵抗は、外部充電が、まだ完全に充電されていないセルのみを充電し続けることを可能にする。この処理は、バランシング又はセルバランシングと呼ばれる。通常、セルの自己放電は非常に低く、例えばμＡのオーダーであり、その結果、合理的な時間内に平衡状態を達成するためには小さなバイパス電流が必要とされ、バランシングプロセスはほとんど必要とされない。

それとは異なり、２つの充電器モジュールの差から生じる偏向電流は、かなり高い可能性があり、例えば、パーセントのオーダーであり、即ち５００Ｖの５ｋＷチャージャの場合は１００ｍＡであり、これは、許容できない不平衡へと非常に速く進むことをもたらし、補償に多くの時間を要し、より頻繁なバランシングを要する。充電器モジュールの非対称性を避けるため、出力電流に関して、通常の１％よりもはるかに良好な非常に高い精度が必要であり、これは、はるかに高いコストにつながる。

所望の「平坦な」領域における長い充電時間の間、充電器の電流偏差が残ることは、２つのバッテリ部の異なる充電状態をもたらす場合がある。１つの部分は、最大充電の２５％まで充電され、もう１つは、８０％まで充電される。この電荷の差は、電圧測定では顕著ではない。

２つのバッテリ部の異なる充電状態の影響は望ましくない。なぜなら、重い負荷を伴う処理は、例えば２５％よりも低い充電状態を低減させる場合があるからである。この場合、弱充電バッテリ部の電圧降下は、電力消費者の性能を制限し得る。

図３は、センサ１０と、補償器２０と、コントローラ３０とを有する充電デバイス１００を示す。

センサ１０は、第１電流Ｉ＿ＰＯＳ及び第２電流Ｉ＿ＮＥＧに基づき電流差ＤＥＬＴＡ＿Ｉを測定するよう構成されることができる。

補償器２０は、電流差分信号ΔＩ＿ｍｅａｓとバッテリ電流設定値Ｉ＿ＳＰに基づき、第１のバッテリ部２１０に使用される第１の電流設定値Ｉ＿ＳＰ＿ＰＯＳと、第２のバッテリ部２２０に使用される第２の電流設定値Ｉ＿ＳＰ＿ＮＥＧを計算するよう構成されることができる。

バッテリ電流設定値Ｉ＿ＳＰは、単一のバッテリ部２１０、２２０ではなく、全体としてバッテリ２００の充電及び放電制御を提供する充電制御部４０、バッテリ管理システムにより提供されてもよい。言い換えると、バッテリ電流設定値Ｉ＿ＳＰは、バッテリ２００の総充電又は放電電流の一般的な設定値とすることができる。

コントローラ３０は、第１部分充電デバイス３２及び第２部分充電デバイス３４を有することができる。

第１部分充電デバイス３２は、第１のバッテリ部２１０の充電及び／又は放電を制御するよう構成されることができる。

第２部分充電デバイス３４は、第２のバッテリ部２２０の充電及び／又は放電を制御するよう構成されることができる。

本発明の例示的な実施形態によれば、図４に示されるように、補償器２０は、増幅器２２を有することができる。増幅器２２は、第１の電流設定値Ｉ＿ＳＰ＿ＰＯＳ及び第２の電流設定値Ｉ＿ＳＰ＿ＮＥＧを計算するため、電流差分信号ΔＩ＿ｍｅａｓを増幅するよう構成されることができる。

本発明の例示的な実施形態によれば、図５に示されるように、補償器２０は、追加的又は代替的に、積分器２４を有することができる。積分器２４は、第１の電流設定値Ｉ＿ＳＰ＿ＰＯＳ及び第２の電流設定値Ｉ＿ＳＰ＿ＮＥＧを計算するため、電流差分信号ΔＩ＿ｍｅａｓを積分するよう構成されることができる。

補償器２０は、比例積分コントローラ又は比例積分微分コントローラとして作動されるよう構成されることができる。

センサ１０、補償器２０及びコントローラ３０は、オーバーレイ制御ループを閉じる機能ブロックとして作動されるよう構成されることができる。

センサ１０は、第１のバッテリ部２１０及び第２のバッテリ部２２０の正及び負のバッテリ半部の差分電流ＤＥＬＴＡ＿Ｉを測定する測定ブロックとして構成されることができる。言い換えると：センサ１０は、第１電流Ｉ＿ＰＯＳと第２電流Ｉ＿ＮＥＧに基づき電流差ＤＥＬＴＡ＿Ｉを測定するよう構成されることができる。センサ１０の形態の測定ブロックは、電流差ＤＥＬＴＡ＿Ｉを表すΔＩ＿ｍｅａｓと呼ばれる出力信号を生成する。

通常、充電デバイス１０の設計は、ゼロ差分電流をもたらす。なぜなら、正規の充電電流と放電電流とが対称になるように設計されるからである。従って、図示された点では、エラー信号だけが見える。その結果、電流センサは、低電流測定範囲用に設計されることができ、これは、わずかな努力で、充電電流の１桁のパーセンテージ範囲（又はそれ以下）における必要な分解能を提供することになる。電流センサ１０に対する厳しい要求は、出力信号ΔＩ＿ｍｅａｓの低いＤ.Ｃ.オフセットである。

測定されたデルタ電流ΔＩ＿ｍｅａｓ信号は、第２の追加的な機能ブロック、補償器２０、電荷補償器に供給される。補償器２０は、更なる入力信号として充電器電流設定値Ｉ＿ＳＰを使用することができる。補償器２０は、例えばＩ＿ＳＰ＿ＰＯＳ及びＩ＿ＳＰ＿ＮＥＧのような２つの充電器の２つの異なる設定値を出力信号として生成することができる。電荷補償器２０は、結果として生じる電荷差が理想的にゼロ、即ち第１の電流Ｉ＿ＰＯＳ又は第２の電流Ｉ＿ＮＥＧの０.１％未満となるよう、これらの設定値を生成することができる。

本発明の基本的な考えは、２つの充電器、即ち第１部分充電デバイス３２と第２部分充電デバイス３４の電流設定値に影響を及ぼすことにより電荷差を減らし、システム内の点におけるエラー信号を測定することにある。ここで、典型的な高信号の大きさは補償され、エラー信号のみが優勢である。

元の内部電流測定デバイスの許容差は、それらに対してわずかに逸脱する設定値を供給することにより補償されることができる。結果として生じる実際の充電電流は理想的にはもはや互いからずれることはなく、電流差はゼロになる。これは、可能である。なぜなら、電流差ＤＥＬＴＡ＿Ｉの測定が、充電電流全体に対して大きさが決定される必要がある充電器内部電流測定デバイスよりもはるかに高い分解能で容易に行われることができるからである。

図３に存在する更なる参照符号は、図１において既に説明されており、従って、追加的な説明は行われない。

図４は、本発明の例示的な実施形態による充電デバイスを示す。

測定された電流信号ΔＩ＿ｍｅａｓは、増幅器２２に供給され、これは、充電器のための差分電流設定値を生成する。この設定値は、充電器の１つの設定値に加算され、相補充電器の設定値に対して減算される。信号加算は、ループが理想的には非常に小さな電流差ΔＩをもたらすように行われる。ΔＩの残りの値は、電流測定デバイス及び増幅器のオフセットならびに増幅器２２の利得に依存する。

図４に存在する更なる参照符号は、図１及び図３において既に説明された。従って、これらの既述の参照符号は、これ以上説明されない。

図５は、本発明の例示的な実施形態による充電デバイスを示す。

本発明の例示的な実施形態によれば、電流差が積分され、設定値偏差ΔＩ＿ＳＰが生成される。センサ１０は、バッテリ２００におけるデルタ電流を測定する電流測定デバイスとして使用されることができ、積分器２４が使用されることができる。

コントローラの積分部分である積分器２４の使用は、電流差だけでなく電荷差である積分を検出することを可能にすることができる。次に、本発明の他の実施形態の場合と同様に、コントローラ３０の形態の補正要素が使用され、これは、２つの充電器の電流設定値を対応するように制御することができる。

本発明の例示的な実施形態によれば、積分器２４は、（ΔＩ）ｄｔの積分である電荷差デルタＱに対応する値又は信号を出力することができる。理想的な積分器では、電流センサ１０及び後続の積分器及び増幅デバイスのＤＣオフセットが無視できる限り、電荷差が完全に補償されることができる。

本発明の例示的な実施形態によれば、増幅器２２及び積分器２４は機能的構成ブロックである。それらの実現のさまざまな方法が可能である。図４に示されるように、純粋なＰ-増幅器２２、図５に示されるように、理想的な積分器増幅器又は積分器２４、及び実際の積分器、いわゆるＰＩコントローラ又はＰＩＤコントローラが使用されてもよい。

図５に存在する更なる参照符号は、図１、図３及び図４において既に説明された。従って、これらの既述の参照符号は、これ以上説明されない。

図６は、本発明の例示的な実施形態によるバッテリの充電及び放電方法のフローチャートを示す。

この方法の第１ステップとして、バッテリ２００の第１のバッテリ部２１０を通る第１の電流Ｉ＿ＰＯＳとバッテリ２００の第２のバッテリ部２２０を通る第２の電流Ｉ＿ＮＥＧとの間の差として差分電流ＤＥＬＴＡ＿Ｉを測定するステップＳＴ１と、測定された差分電流ＤＥＬＴＡ＿Ｉに基づき電流差分信号ΔＩ＿ｍｅａｓを提供するステップとが実行されることができる。

電流差分信号ΔＩ＿ｍｅａｓは、２つのバッテリ部の中央接続点から２つの部分充電デバイス３２、３４の接続点に戻って伝導されるこの差分電流ＤＥＬＴＡ＿Ｉの測定により得られることができる。

この方法の第２のステップとして、提供された電流差分信号ΔＩ＿ｍｅａｓに基づき、及びバッテリ電流設定値Ｉ＿ＳＰに基づき、補償器２０により、第１のバッテリ部２１０に使用される第１の電流設定値Ｉ＿ＳＰ＿ＰＯＳと、第２のバッテリ部２２０に使用される第２の電流設定値Ｉ＿ＳＰ＿ＮＥＧとを計算するステップＳＴ２が実行されることができる。

この方法の第３のステップとして、第１のバッテリ部２１０の充電及び／又は放電を制御するステップＳＴ３が、第１の電流設定値Ｉ＿ＳＰ＿ＰＯＳに基づきコントローラ３０により実行され、さらに、第２のバッテリ部２２０の充電及び／又は放電を制御するステップが、第２の電流設定値Ｉ＿ＳＰ＿ＮＥＧに基づきコントローラ３０により実行されることができる。

代替的に、第１のバッテリ部２１０及び第２のバッテリ部２２０の充電及び／又は放電は、それぞれ第１部分充電デバイス３２及び第２部分充電デバイス３４により行われてもよい。

図７は、本発明の例示的な実施形態による電源システムの概略図を示す。

電源システム１０００は、第１のバッテリ部２１０及び第２のバッテリ部２２０を含むバッテリ２００を有することができる。電源システム１０００は、充電デバイス１００をさらに有し、充電デバイス１００は、バッテリ２００の充電及び／又は放電を制御するよう構成される。

Claims (13)

1. 充電デバイスであって、
   バッテリの第１のバッテリ部と第２のバッテリ部とが中央接地され、前記第１のバッテリ部を通る第１の電流と前記第２のバッテリ部を通る第２の電流との間の差として差分電流を測定し、前記測定された差分電流に基づき電流差分信号を提供するセンサと、
   前記提供される電流差分信号及びバッテリ電流設定値に基づき、前記第１のバッテリ部に使用される第１の電流設定値及び前記第２のバッテリ部に使用される第２の電流設定値を計算するよう構成された補償器と、
   前記第１の電流設定値に基づき前記第１のバッテリ部の、及び前記第２の電流設定値に基づき前記第２のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御するよう構成されるコントローラとを有し、前記コントローラが、
   ｉ）前記第１の電流設定値に基づき、前記第１のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御する第１部分充電デバイスと、
   ｉｉ）前記第２の電流設定値に基づき、前記第２のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御する第２部分充電デバイスとを有する、充電デバイス。
2. 前記補償器が、前記第１の電流設定値及び前記第２の電流設定値を計算するため、前記電流差分信号を増幅する増幅器を有する、請求項１に記載の充電デバイス。
3. 前記補償器が、前記第１の電流設定値及び前記第２の電流設定値を計算するため、前記電流差分信号を積分する積分器を有する、請求項１又は２に記載の充電デバイス。
4. 前記補償器が、比例コントローラ、比例積分コントローラ、比例微分コントローラ又は比例積分微分コントローラとして作動される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の充電デバイス。
5. 前記充電デバイスが、バッテリの充電状態の所定の範囲において、バッテリの充電状態を制御する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の充電デバイス。
6. 前記センサが、０から１０００ｍＡ、好ましくは０から１００ｍＡ、最も好ましくは０から１０ｍＡの電流範囲にわたって差分電流を測定する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の充電デバイス。
7. 前記センサが、前記第１の電流及び／又は前記第２の電流の１桁のパーセンテージの範囲内、好ましくは前記第１の電流及び／又は前記第２の電流の千分の１桁の電流範囲内で、前記第１の電流及び前記第２の電流の差分電流を測定する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の充電デバイス。
8. 前記補償器が、前記電流差分信号の最小化制御ループを用いて、前記第１の電流設定値及び前記第２の電流設定値を計算する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の充電デバイス。
9. 電源システムであって、
   第１のバッテリ部と第２のバッテリ部とを含むバッテリと、
   請求項１乃至８のいずれかに記載の充電デバイスとを有し、
   前記充電デバイスが、前記バッテリの充電及び／又は放電を制御する、電源システム。
10. バッテリの充電及び放電を制御する方法において、
    ａ）バッテリの第１のバッテリ部と第２のバッテリ部とが中央接地され、前記第１のバッテリ部を通る第１の電流と、前記第２のバッテリ部を通る第２の電流との間の差として差分電流を測定し、前記測定された差分電流に基づき電流差分信号を提供するステップと、
    ｂ）前記提供された電流差分信号に基づき、及びバッテリ電流設定値に基づき、補償器により、前記第１のバッテリ部に使用される第１の電流設定値及び前記第２のバッテリ部に使用される第２の電流設定値を計算するステップと、
    ｃ）前記第１の電流設定値に基づきコントローラにより前記第１のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御するステップと、前記第２の電流設定値に基づき前記コントローラにより前記第２のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御するステップとを有し、前記コントローラが、
    ｉ）前記第１の電流設定値に基づき、前記第１のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御する第１部分充電デバイスと、
    ｉｉ）前記第２の電流設定値に基づき、前記第２のバッテリ部の充電及び／又は放電を制御する第２部分充電デバイスとを有する、方法。
11. 前記第１の電流設定値及び／又は前記第２の電流設定値を計算するステップが、比例計算、比例積分計算、比例微分計算又は比例積分微分計算により実行される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１の電流設定値及び／又は前記第２の電流設定値を計算するステップが、前記第１の電流設定値及び前記第２の電流設定値を計算するため、前記電流差分信号を積分することにより行われる、請求項１０又は請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１の電流設定値及び／又は前記第２の電流設定値を計算するステップが、前記電流差分信号の最小化制御ループにより実行される、請求項１０乃至１２の任意の一項に記載の方法。

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