JP6600718B2 - 電源装置操作方法、電源装置、及び、電源装置管理システム - Google Patents

Description

本発明は、電源装置操作方法、電源装置、及び、電源装置管理システムに関するものである。

今日、環境保全と省エネルギーの趨勢は、グリーンエネルギー産業、特に、電気自動車産業を繁栄させ続けている。電気自動車の電力モジュールに対する需要は巨大であり、もちろん、電力システムの操作使用上においても、安全でなければならない。電源アレイの再構成は、応用状況とシステム制御に基づいて、物理スイッチにより、電源デバイスを直列と並列に接続して、実際のシステム環境の需要を満たしている。

一般に、電源モジュールを再構成するとき、システム負荷が電源モジュールを直接充電、又は、放電しない状況(つまり、“ゼロ電流”操作状況時)下で操作されなければならない。よって、再構成可能な電力システムは、たとえば、路上で電気自動車を運転する等の動態負荷の状況下で非常に不便である。上述のように、安全上の理由から、電源スイッチを切り替えて、電力システムを再構成するとき、通常、まず、システム負荷と電源デバイス間の接続を切断する。「無駄時間(dead-time)」対応戦略が必要である。まず、最初はオンであったイネーブル(又は、バイパス)をオンからオフにし、その後、最初はオフであったバイパス (又は、イネーブル)スイッチをオフからオンにする。これは、シュートスルー電流が生成されるのを防止し、これにより、電源アレイが切り替え又は再構成を行うことができる。安全、且つ、有効にするため、電源デバイスや電力モジュールの再構成時、電力システムは、追加のエネルギーストレージユニットで、システム負荷のエネルギー需要を満たす必要がある。これは、電力伝送効率を低下させる。実際には、路上での電気自動車運転時の長期間連続動的負荷要求で、電力、又は、バッテリーモジュールを再構成するのは容易ではない。

よって、どのように、各種動的負荷下で、電源デバイスの使用、又は、不使用(つまり、イネーブル／バイパススイッチのオン／オフ)時の実用上の問題を解決するか、及び、電源デバイスの直列-並列再組み立ての再構成を容易に実行するかが、近年増加する研究テーマの一つである。

本発明は、電源装置操作方法、電源装置、及び、電源装置管理システムを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態において、電源装置管理システムが提供される。システムは、少なくとも一つの制御信号を送信して、一つ以上の電源装置の少なくとも一つの操作を管理する少なくとも一つの制御モジュール、及び、事前構成装置の事前構成負荷を提供、及び、又は、受信する電源装置モジュールを有する。電源装置モジュールは、一つ以上の電源装置を有し、各電源装置は、正端子と負端子と、一つ以上のバッテリーを有し、且つ、負端子に電気的に結合されるバッテリーモジュールと、バッテリーモジュールに電気的に結合されるバッテリーモジュールコントローラーと、それぞれ、第一端、第二端及び第三端を有し、第一端と第二端は、それぞれ、バッテリーモジュールコントローラーと正端子に電気的に結合される第一スイッチと第二スイッチ、を有する。第一スイッチの第三端は、バッテリーモジュールに電気的に結合され、第二スイッチの第三端は、負端子に電気的に結合される。正負端子間に、バッテリーモジュールを流れるイネーブルルート、及び、バッテリーモジュールを流れないバイパスルートを有し、バッテリーモジュールコントローラーは、イネーブルルートを流れるイネーブルルート電流、及び、バイパスルートを流れるバイパスルート電流を感知し、受信された少なくとも一つの制御信号のモード切替信号、イネーブルルート電流、及び、バイパスルート電流に基づいて、負のフィードバック制御と開ループ制御を用いることにより、第一スイッチの駆動、及び、第二スイッチの駆動を制御して、一つ以上の電源装置の少なくとも一つのイネーブルモードとバイパスモード間の切り替えを実行し、イネーブルモードは、一つ以上の電源装置の少なくとも一つを用い、バイパスモードは一つ以上の電源装置の少なくとも一つを迂回する。

本発明のその他の実施形態において、電源装置が提供される。電源装置は、事前構成負荷を提供、及び／又は、受信し、且つ、正端子、負端子、バッテリーモジュール、バッテリーモジュールコントローラー、第一スイッチ及び第二スイッチを有する。バッテリーモジュールは一つ以上のバッテリーを有し、且つ、負端子に電気的に結合される。バッテリーモジュールコントローラーは、バッテリーモジュールに電気的に結合される。第一及び第二スイッチは、それぞれ、第一端、第二端及び第三端を有し、第一端と第二端は、それぞれ、バッテリーモジュールコントローラーと正端子に電気的に結合され、第一スイッチの第三端はバッテリーモジュールに電気的に結合され、第二スイッチの第三端は負端子に電気的に結合される。正負端子間に、バッテリーモジュールを流れるイネーブルルート、及び、バッテリーモジュールを流れないバイパスルートがあり、バッテリーモジュールコントローラーは、イネーブルルートを流れるイネーブルルート電流、及び、バイパスルートを流れるバイパスルート電流を感知し、受信されたモード切替信号、イネーブルルート電流及びバイパスルート電流に基づいて、負のフィードバック制御と開ループ制御を用いることにより、第一スイッチの駆動及び第二スイッチの駆動を制御して、電源装置のイネーブルモードとバイパスモード間の切り替えを実行し、イネーブルモードは電源装置を用い、バイパスモードは電源装置を迂回する。

本発明のその他の実施形態において、電源装置操作方法が提供される。電源装置操作方法は、モード切替信号を受信して、電源装置の操作を制御して、事前構成負荷を提供、及び／又は、受信する工程と、イネーブルルートのイネーブルルート電流、及び、バイパスルートのバイパスルート電流を感知し、イネーブルルート電流は、一つ以上のバッテリーを有するバッテリーモジュールを流れ、バイパスルート電流はバッテリーモジュールを流れない工程と、モード切替信号、イネーブルルート電流、及び、バイパスルート電流に基づいて、負のフィードバック制御と開ループ制御を用いることにより、第一スイッチの駆動及び第二スイッチの駆動を制御して、電源装置のイネーブルモードとバイパスモード間の切り替えを実行し、イネーブルモードは電源装置を使用し、バイパスモードは電源装置を迂回する工程、を有する。

本発明のこれらの目的及び他の目的は、図面とともに説明する以下の記載により、明らかとなるであろう。

各種動的負荷下で、電源デバイス切り替え時の実用上の問題を解決し、電源デバイスの直列-並列再組み立ての再構成を容易に実行することができる。

図１は、本発明の一実施形態による電源装置管理システムを示す図である。 図２は、本発明の一実施形態による電源装置モジュールを示す図である。 図３は、本発明の一実施形態による電源装置を示す図である。 図４は、本発明の一実施形態による電源装置がイネーブルとバイパスモード間で切り替わるときの電流の過渡変動と電圧の過渡変動を示す図である。 図５は、本発明の実施形態による電源装置操作方法の第１のフロチャートである。 図６は、本発明の実施形態による電源装置操作方法の第２のフロチャートである。 図７は、本発明の実施形態による電源装置操作方法の第３のフロチャートである。

以下で、本発明の実施形態が添付図面を参照しながら記述されて、当業者により容易に実現される。発明概念は各種形式で具体化され、ここで示した本発明の実施形態に限定されない。既知の部分の記述は説明を分かりやすくするために省略され、類似する参照符号は類似する素子を示す。

図１は、本発明の一実施形態による電源装置管理システム１０を示す図である。図２は、本発明の一実施形態による電源装置モジュール１２を示す図で、図３は、本発明の一実施形態による電源装置 12_i_jを示す図である。図１と図２を参照すると、電源装置管理システム１０は電源装置モジュール１２を有する。図２の実施形態に示されるように、電源装置モジュール１２は、一つ以上の電源装置 12_i_j, i=1, …, n, j=1, …, mを有し、n と m は、１以上の正の整数である。電源装置モジュール１２は、事前構成負荷を事前構成装置１４に提供する、及び／又は、事前構成装置１４の事前構成負荷を受信する。電源装置モジュールがエネルギーを提供するとき、事前構成装置１４は負荷デバイスである。電源装置モジュールがエネルギーを受信するとき、事前構成装置１４はソースデバイスである。電源装置管理システム１０は、さらに、少なくとも一つの制御モジュール１６を有し、少なくとも一つの制御モジュール１６の少なくとも一つは、少なくとも一つの制御信号を送信して、一つ以上の電源装置 12_i_jの少なくとも一つを管理する。本発明の実施形態において、制御モジュール１６は、ハードウェア回路、ファームウェア、ソフトウェア、あるいは、それらの任意の組み合わせで実施され、任意の種類のプロセッサ(図示しない)は、電源装置管理システム１０中に含まれて、操作の管理／電源装置の操作を実行する。

各電源装置 12_i_j は、正端子１２１と負端子１２２を有する。電源装置 12_i_j は、さらに、バッテリーモジュール１２３とバッテリーモジュールコントローラー１２４を有する。バッテリーモジュール１２３は一つ以上のバッテリーを有し、バッテリーモジュール１２３が、複数のバッテリーを有するとき、バッテリーは、互いに、直列、並列、又は、直列と並列の組み合わせ (図示しない)で電気的に結合される。つまり、複数のバッテリーは、直列、及び／又は、並列で結合される。

バッテリーモジュール１２３の一端は、負端子１２２に電気的に結合される。バッテリーモジュールコントローラー１２４は、バッテリーモジュール１２３に電気的に結合される。電源装置 12_i_j は、さらに、第一スイッチ１２５と第二スイッチ１２６を有する。二個のスイッチはそれぞれ、三個の端子を有し、第一端は、スイッチのオンやオフ状態を判断する制御端である。スイッチがオンのとき、第二端と第三端は短絡であり、スイッチがオフの時、第二端と第三端は開回路である。第一スイッチ１２５の第一端は、バッテリーモジュールコントローラー１２４に電気的に結合され、第一スイッチ１２５の第二端は、正端子１２１に電気的に結合され、第一スイッチ１２５の第三端は、バッテリーモジュール１２３に電気的に結合される。第二スイッチ１２６の第一端は、バッテリーモジュールコントローラー１２４に電気的に結合され、第二スイッチ１２６の第二端は正端子１２１に電気的に結合され、第二スイッチ１２６の第三端は負端子１２２に電気的に結合される。電源装置 12_i_jの正端子 (第一ノード)と負端子 (第二ノード)間に二個の電気ルートがある。一つは、バッテリーモジュール１２３を流れるイネーブルルートＥＲで、もうひとつは、バッテリーモジュール１２３を流れないバイパスルートＢＲである。

通常の使用下で、一個のスイッチだけがオンになり、その他のスイッチはオフである。イネーブルルートＥＲのスイッチがオンで、バイパスルートＢＲのスイッチがオフである状況下で、電源装置 12_i_j は、エネルギー (事前構成負荷)を事前構成装置１４に提供する、又は、事前構成装置１４からエネルギー (事前構成負荷)を受信するイネーブルモードである。一方、バイパスルートＢＲのスイッチがオンで、イネーブルルートＥＲのスイッチがオフである場合、電源装置 12_i_j は、エネルギー (事前構成負荷)を事前構成装置１４に提供することができない、又は、事前構成装置１４からエネルギー (事前構成負荷)を受信することができないバイパスモードである。

図１と図３を参照すると、バッテリーモジュールコントローラー１２４は、イネーブルルートＥＲを流れるイネーブルルート電流Ien、及び、バイパスルートＢＲを流れるバイパスルート電流Ibyを感知するとともに、負のフィードバック制御と開ループ制御を結合するハイブリッド制御メカニズムを用いることにより、第一スイッチ１２５の駆動、及び、第二スイッチ１２６の駆動を制御する。バッテリーモジュールコントローラー１２４は、受信された少なくとも一つの制御信号のモード切替信号、イネーブルルート電流、及び、バイパスルート電流に基づいて、電源装置のイネーブルモードとバイパスモード間の切り替えを実行する。イネーブルモードは電源装置 12_i_jを使用し、バイパスモードは電源装置 12_i_jを迂回する。本発明の一実施形態において、電源装置のイネーブルモードとバイパスモード 12_i_j間の電源切り替えが、連続、且つ、漸進的方式で実行される。理解できることは、本発明の実施形態において、制御モジュール１６は、ハードウェア回路により実行されるか、又は、ファームウェア又はソフトウェアにより実行される。

電源装置管理システム１０が、電源装置12_i_j の操作を、イネーブルモードからバイパスモードに切り替えることを決定する場合、イネーブルルートＥＲのスイッチ、すなわち、第一スイッチ１２５は、最終的に、オンからオフ状態になり、バイパスルートＢＲのスイッチ、すなわち、第二スイッチ１２６は、最終的に、オフからオンになる。切り替えのプロセスは、“バイパスからイネーブルモードへの過渡”と称される。電源装置管理システム１０が、バイパスモードからイネーブルモードへ、電源装置12_i_j の操作を切り替えることを判断する場合、バイパスルートＢＲのスイッチ、すなわち、第二スイッチ１２６は最終的に、オンからオフになり、イネーブルルートＥＲのスイッチ、すなわち、第一スイッチ１２５は最終的に、オフからオンになる。切り替えのプロセスは“バイパスからイネーブルモードへの過渡”と称される。

本発明の一実施形態において、一つ以上の電源装置12_i_j は、再構成可能に設定され、且つ、電源装置管理システムが複数の電源装置を有するとき、複数の電源装置は、互いに、直列、及び／又は、並列に電気的に結合されて、再構成可能なバッテリーモジュールアレイになる。提示された実施形態において、第一スイッチ１２５と第二スイッチ１２６は、これに限定されないが、少なくとも一つのトランジスタ、たとえば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ (つまり MOSFET)、又は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ (つまり、IGBT)等を用いて実現される。本発明の一実施形態において、スイッチ１２５と１２６は電源ＭＯＳを用いることにより実現される。

図２の実施形態を例とすると、電源装置モジュール１２が、互いに、直列、及び／又は、並列に電気的に結合される複数の電源装置12_i_j を含むとき、電源装置12_1_1, 12_1_2, … 及び 12_1_m の負端子１２２は、直列、及び／又は、並列に、接地端１８と電気的に結合し、電源装置12_n_1, 12_n_2, … 及び 12_n_m の正端子１２１は、直列、及び／又は、並列に、事前構成装置１４と電気的に結合して、事前構成負荷を提供、及び／又は、受信する。電源装置12_1_1, 12_1_2, …, 12_1_m, …, 12_n-1_1, 12_n-1_2, …, 12_n-1_m の正端子１２１は、直列、及び／又は、並列に、別の電源装置の少なくとも一つの負端子１２２と電気的に結合し、電源装置12_n_1, 12_n_2, …, 12_n_m, …, 12_2_1, 12_2_2, …, 12_2_m の負端子１２２は、直列、及び／又は、並列に、少なくとも一つのその他の正端子１２１に電気的に結合される。直列、及び／又は、並列に、事前構成装置１４に電気的に結合され、複数の電源装置の第一部分の負端子１２２は、直列、及び／又は、並列に、複数の電源装置の第二部分の正端子に電気的に結合される。上述の実施形態から理解できることは、複数の電源装置の第一部分の正端子１２１は、電源装置に電気的に結合され、複数の電源装置の第二部分の負端子１２２は、直列、及び／又は、並列に、複数の電源装置の第三部分の正端子１２１に電気的に結合され、複数の電源装置の第三部分の負端子１２２は、直列、及び／又は、並列に、接地端１８に電気的に結合されることである。

図３を再度参照すると、記述を簡潔にするため、単一の電源装置12_i_j を有する電源装置モジュール１２の実施形態を例として、さらに、可能な実施を説明する。正端子１２１と負端子１２２間の電圧差はVmodule (電源装置の電圧と称する)で、電源装置１２を流れる電流はImoduleである。電源装置12_i_j は、正端子１２１、負端子１２２、バッテリーモジュール１２３、バッテリーモジュールコントローラー１２４、第一スイッチ１２５及び第二スイッチ１２６を有する。前述の素子の電気的結合関係の例示的実施形態はすでに、前項で記述されており、詳述しない。

本発明の一実施形態において、正端子１２１は、事前構成負荷を提供、及び、又は、受信する。その他の実施形態において、負端子１２２は、接地端に電気的に結合される。本発明の実施形態において、正端子１２１は、別の電源装置の少なくとも一つの負端子１２２に電気的に結合される。さらなる実施形態において、負端子１２２は、別の電源装置の少なくとも一つの正端子１２１に電気的に結合される。

バッテリーモジュールコントローラー１２４は、イネーブルルートＥＲを流れるイネーブルルート電流Ien、及び、バイパスルートＢＲを流れるバイパスルート電流Ibyを感知する。バッテリーモジュールコントローラー１２４は、受信された制御信号のモード切替信号に基づいて、負のフィードバック制御と開ループ制御を結合するハイブリッド制御メカニズムを用いることにより、第一スイッチ１２１の駆動、及び、第二スイッチ１２２の駆動を制御して、単一電源装置12_i_jのイネーブルルートとバイパスルート間の切り替えを実行する。一実施形態において、バッテリーモジュールコントローラー１２４がモード切替信号１６１を受信するとき (すなわち、ImはＥＲからＢＲに流れる、又は、ＢＲからＥＲに流れる)、電源装置 12_i_jを再構成するときであると知ることができる。たとえば、信号１６１が、電源装置 12_i_j が、イネーブルモードからバイパスモードに再構成することを示す場合、電流切り替えスキームは、最初は、ImがＥＲに流れるが、最後には、ＢＲに流れ、逆も同じであり、一方、Vmoduleは、バッテリーモジュール電圧からゼロに変化し、逆も同じであることを確認する。

本発明の実施形態において、バッテリーモジュールコントローラー１２４は、感知ユニット１２４１を有し、イネーブルルート電流Ien、及び、バイパスルート電流 Ibyを感知するとともに、イネーブルルート電流Ien とバイパスルート電流 Ibyを加えることにより、ストレージユニット１２４５中に保存される電源装置の負荷電流 Imを生成する。本発明の一実施形態において、検出は、周期的に、及び／又は、モード切替信号１６１受信時に実行される。バッテリーモジュールコントローラー１２４は、さらに、利得 Rfbを有する信号処理回路１２４２を有し、感知ユニット１２４１により検出される電源装置の負荷電流Im、イネーブルルート電流Ien、及び、バイパスルート電流Ibyに基づいて、負のフィードバック制御信号 Vfbを決定する。

バッテリーモジュールコントローラー１２４は、さらに、開ループ制御回路１２４３、切替駆動回路 (switch driver)１２４４、プルハイ／プルロー回路１２４７を有する。開ループ制御回路１２４３は、利得 Rop と電源装置の負荷電流 Imに基づいて、開ループ制御信号 Vop を決定する。負のフィードバック制御信号Vfb、及び、開ループ制御信号 Vopを結合し、切替駆動回路１２４４のハイブリッド制御入力端 Vop+Vfb は、Im電流が、ＥＲからＢＲ (又は、ＢＲからＥＲ)に、連続、且つ、漸進的に切り替えられるようにする。切替駆動回路１２４４の出力は、第一スイッチ１２５の駆動に用いる第一スイッチ駆動電圧 Vdrive,en を生成し、第二スイッチ１２６の駆動に用いる第二スイッチ駆動電圧 Vdrive,by を生成する。よって、第一スイッチと第二スイッチの駆動は、同時に、負のフィードバック制御信号と開ループ制御信号に基づく。

たとえば、今、電源装置１２を、イネーブルモードからバイパスモードに再構成したい場合、前述したように、電流切り替えスキームは、負のフィードバック制御と開ループ制御を結合するハイブリッド制御メカニズムに基づく。その後、バッテリーモジュールコントローラー１２４はIen、Iby を感知するとともに、それらを加えて、Imodule、すなわち、Imの強度を獲得し、その後、Im をストレージユニット１２４５に保存する。最初に、開ループ制御ユニット１２４３の入力端であるImにしたがって、開ループ制御回路１２４３の出力端は、Im*Rop=Vop]の利得結果である。Vopは開ループ制御の強度である。次に、Ienを知っているので、IbyとIm は感知モジュール１２４６から離れ、(Im-Iby)の出力を信号処理回路１２４２に送り、信号処理回路１２４２の出力は、(Im-Iby)*Rfb=Vfbの利得結果である。Vfbは、負のフィードバック制御の強度である。VopとVfbを結合し、切替駆動回路１２４４のハイブリッド制御入力端 Vop+Vfb は、Im 電流が、ＥＲからＢＲに、連続、且つ、漸進的に電流が切り替えられるようにする。電流切り替え終了後、プルハイ／プルロー回路１２４７は、ＥＲ経路スイッチと第一スイッチ１２５を完全にオフにし、ＢＲ経路スイッチ、第二スイッチ１２４を完全にオンにする。Vmoudle は、最初は、今ゼロ電圧であるバッテリーモジュール電圧に等しい。電流切り替えスキーム中のIby とIen の役割、及び、電圧切り替えスキーム中のバッテリーモジュール電圧とゼロ電圧の役割を交換する間、バイパスモードからイネーブルモードへの電源装置 12_i_j の再構成工程は、前述とほとんど同じである。

本発明の一実施形態において、負のフィードバック制御信号Vfbと開ループ制御信号Vopの数学多項式関数が用いられて、第一スイッチ駆動電圧 Vdrive,en、及び、第二スイッチ駆動電圧 Vdrive,byを生成する。数学関数において、スイッチ素子の応用とタイプに基づき、異なる負の常数及び開ループ常数は事前構成される。

本発明の一実施形態において、モード切替信号１６１が、イネーブルモードからバイパスモードへの切り替えを示す場合、信号処理回路１２４２は、電源装置の負荷電流Imからバイパスルート電流Ibyを引いて、フィードバック制御信号 Vfbを出力する。一方、モード切替信号１６１が、バイパスモードからイネーブルモードへ切り替えることを示す場合、信号処理回路１２４２は、電源装置の負荷電流Imからイネーブルルート電流Ienを引いて、フィードバック制御信号 Vfbを出力する。本発明の実施形態において、開ループ制御ユニット１２４３は、ストレージユニット１２４５から保存された値Imを得るとともに、利得 Ropのプロセスの後、開ループ制御ユニット１２４３は、開ループ制御信号 Vopを生成する。

前述のように、イネーブルルートＥＲ上の第一スイッチ１２５の等価抵抗はRen、バイパスルートＢＲ上の第二スイッチ１２６の等価抵抗はRby、及び、電源装置 12_i_j の電圧はVmoduleである。図４は、本発明の一実施形態による電源装置が、イネーブルモードとバイパスモード間の切り替えを実行する期間中の電流の過渡変動と電圧の過渡変動を示す図で、図４の左側は電流の過渡変動を示し、図４の右側は電圧の過渡変動を示す。電源装置が、イネーブルモードからバイパスモードへの切替を実行するとき、電流の転移と電圧の転移は、図４で左から右の方向で見られる。反対に、電源装置が、バイパスモードからイネーブルモードへの切替を実行するとき、電流の転移と電圧の転移は、図４で右から左の方向で見られる。

イネーブルモードにおいて、第一スイッチ１２５の操作電圧 Vdrive,en は最大操作電圧 Vmax、第二スイッチ１２６の操作電圧 Vdrive.by は最小操作電圧 Vminである。本発明の実施形態において、電源装置が、イネーブルモードからバイパスモードへの切替を実行するとき、抵抗 Ren が漸進的に大きくなるように、及び、抵抗 Rby が漸進的に小さくなるように制御する。Ｉby＝Ｉm × Ｒen ／（Ｒby＋Ｒen）の電流分配原理にしたがって、抵抗 Ren が大きくなるので、それゆえに、電流 Iby が大きくなり、電流分配原理 ofＩen ＝Ｉm × Ｒby ／（Ｒby＋Ｒen） の電流分配原理にしたがって、抵抗 Rby が小さくなるので、それゆえに、電流 Ien が小さくなる。切替プロセス期間中、本発明の一実施形態によって、電源装置の電流 Imodule が制御されて、Ien から Ibyにゆっくりと流れる。電流 Ien がすべて電流 Ibyに流れるとき、モード間の電流切り替えが完成する。

バイパスモードにおいて、第二スイッチ１２６の操作電圧 Vdrive,byは最大電圧 Vmax、第一スイッチ１２５の操作電圧 Vdrive,en は最小電圧 Vminである。本発明の実施形態において、電源装置が、バイパスモードからイネーブルモードへの切替を実行するとき、抵抗 Rby が漸進的に大きくなるように、及び、抵抗 Ron が漸進的に小さくなるように制御する。Ｉen ＝Ｉm × Ｒby ／（Ｒby＋Ｒen）の電流分配原理にしたがって、抵抗 Rby が大きくなるので、それゆえに、電流 Ien が大きくなり、Ｉby＝Ｉm × Ｒen ／（Ｒby＋Ｒen） の電流分配原理に従って、抵抗 Ren が小さくなるので、それゆえに、電流 Iby が小さくなる。切替プロセス期間中、本発明の一実施形態において、電源装置の電流 Imodule が制御されて、Iby から Ienにゆっくり流れる。電流 Ibyがすべて電流 Ienに流れるとき、モード間の電流切り替えが完成する。本発明の実施形態において、電源装置のイネーブルモードとバイパスモード間の電流切り替えは、連続、且つ、漸進的方式で実行される。

本発明の実施形態において、感知ユニット１２４１はさらに、イネーブルルート電流 Ien とバイパスルート電流 Ibyを感知、及び／又は、監視する感知モジュール１２４６を有する。モード間の電流切り替えの感知が終了するとき、感知モジュール１２４６は、少なくとも一信号をプルハイ／プルロー回路１２４７に送信する。切替駆動回路１２４４は、切替駆動回路１２４４を制御するプルハイ／プルロー回路１２４７に電気的に結合されて、モード間の電圧切り替えが達成されるまで、第一スイッチを完全にオフに、第二スイッチを完全にオンにするか、又は、第一スイッチを完全にオンにし、第二スイッチを完全にオフにする。

本発明の実施形態において、感知ユニット１２４１は、さらに、ストレージユニット１２４５により、電源装置の負荷電流Imを保存し、開ループ制御回路１２４３は、ストレージユニットから、電源装置の負荷電流Imを受信する。

理解できることは、本発明の実施形態において、バッテリーモジュールコントローラー１２４は、処理ユニット(図示しない)を設置し、モード切替信号１６１受信後、前項で記述される電源装置の前述のモード切替の全関連操作をトリガーすることである。本発明の別の実施形態において、たとえば、図３に示されるように、モード切替信号が、ユニット１２４１、１２４３及び１２４５、及び、回路１２４２、１２４４及び１２４７に送信されて、前項で記述される電源装置の前述のモード切替をトリガーし、本発明の範囲はこれに限定されない。さらに、一実施形態において、感知ユニット１２４１は、さらに、能動的に、イネーブルルート電流Ienとバイパスルート電流Ibyを監視、及び、感知する。

理解できることは、提示された実施形態中の各素子やモジュールは、対応する機能を有する一装置であって、適当なハードウェア回路や素子を有して、対応する機能を実行するが、装置は、エンティティ装置に限定されず、各自機能を有するプログラムコードとソフトウェアを処理及び実行する能力を有する一装置でもあることである。各自素子の操作方法は、さらに、本方法の以下の記述を参照する。

図５〜図７は、本発明の実施形態による電源装置操作方法のフローチャートである。図５に示されるように、電源装置操作方法は、ブロック５２とブロック５４を参照しながら詳細に記述する。ブロック５２に示されるように、モード切替信号を受信して、電源装置の操作を制御し、事前構成負荷を提供、及び／又は、受信する。ブロック５４に示されるように、一つ以上のバッテリーを有するバッテリーモジュールを流れるイネーブルルートのイネーブルルート電流、及び、バッテリーモジュールを流れないバイパスルートのバイパスルート電流を感知する。本方法は、モード切替信号、イネーブルルート電流及びバイパスルート電流に基づいて、負のフィードバック制御と開ループ制御を結合するハイブリッド制御メカニズムにより、第一スイッチの駆動と第二スイッチの駆動を制御して、電源装置のイネーブルモードとバイパスモード間の切り替えを実行し、イネーブルモードは電源装置を用い、バイパスモードは電源装置を迂回する。本発明の実施形態において、電源装置のイネーブルモードとバイパスモード間の電流切り替えは、連続、且つ、漸進的方式で実行される。

本発明の実施形態において、図６に示されるように、電源装置操作方法は、さらに、ブロック５４１、及び、５４３〜５４５に示される操作を実行する。本方法は、イネーブルルート電流とバイパスルート電流を加えることにより、電源装置の負荷電流を生成する(ブロック５４１に示される)。ブロック５４３に示されるように、電源装置の負荷電流、イネーブルルート電流、及び、バイパスルート電流に基づいて、負のフィードバック制御信号を決定する。ブロック５４４に示されるように、利得と電源装置の負荷電流に基づいて、開ループ制御信号を決定する。ブロック５４５に示されるように、負のフィードバック制御信号と開ループ制御信号に基づいて、第一スイッチを駆動する第一スイッチ駆動電圧、及び、第二スイッチを駆動する第二スイッチ駆動電圧を生成する。さらに、本発明の実施形態において、本方法は、ブロック５４２に示されるように、選択的に、電源装置の負荷電流を保存する。本発明の別の実施形態において、ブロック５４６に示されるように、本方法は、第一スイッチを完全にオフにし、第二スイッチを完全にオンにするか、又は、第一スイッチを完全にオンにし、第二スイッチを完全にオフにする。

本発明の別の実施形態において、図７に示される方法は、ブロック５４３１に示されるように、負のフィードバック制御信号を決定するとき、モードスイッチ信号が、イネーブルモードからバイパスモードに切り替えられることを示す場合、電源装置の負荷電流からバイパスルート電流を引いて、フィードバック制御信号を形成し、モードスイッチ信号が、バイパスモードからイネーブルモードに切り替えられることを示す場合、電源装置の負荷電流からイネーブルルート電流を引いて、フィードバック制御信号を形成する。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の思想を脱しない範囲内で各種の変形を加えることができる。

１０…電源装置管理システム
１２…電源装置モジュール
１４…事前構成装置
１６…制御モジュール
１２１…正端子
１２２…負端子
１２３…バッテリーモジュール
１２４…バッテリーモジュールコントローラー
１２５、１２６…第一スイッチ、第二スイッチ
１６１…モード切替信号
１８…接地端
ＥＲ…イネーブルルート
ＢＲ…バイパスルート
Ien…イネーブルルート電流
Iby…バイパスルート電流
12_1_1~12_1_m、12_2_1~12_2_m、…、12_n-1_1~12_n-1_m、12_n_m、12_i_j…電源裝置
１２４１…感知ユニット
１２４６…感知モジュール
１２４２…信号処理回路
１２４３…開ループ制御回路
１２４４…切替駆動回路
１２４５…ストレージユニット
１２４７…プルハイ／プルロー回路
Im…電源裝置の負荷電流
Vfb…負のフィードバック制御信号
Vop…開ループ制御信号
Vmodule, Imodul…負荷電流
Ren、Rby…スイッチの等価抵抗
Rop…ゲイン
Vdrive,en…第一スイッチ駆動電圧
Vdrive,by…第二スイッチ駆動電圧
５２、５４、５４１-５４６、５４３１…工程。

Claims (26)

1. 電源装置管理システムであって、
   一つ以上の電源装置を有し、且つ、事前構成装置の事前構成負荷を提供及び／又は受信する電源装置モジュール、及び、
   少なくとも一つの制御信号を送信して、前記一つ以上の電源装置の少なくとも一つの操作を管理する少なくとも一つの制御モジュール、を有し、各電源装置は、
   正端子と負端子と、
   一つ以上のバッテリーを有し、且つ、前記負端子に電気的に結合されるバッテリーモジュールと、
   前記バッテリーモジュールに電気的に結合されるバッテリーモジュールコントローラー、及び、
   第一スイッチ及び第二スイッチ、
   を有し、前記第一スイッチ及び第二スイッチは、それぞれ、第一端、第二端及び第三端を有し、前記第一端及び前記第二端は、前記バッテリーモジュールコントローラー及び前記正端子に電気的に結合され、前記第一スイッチの前記第三端は、前記バッテリーモジュールに電気的に結合され、前記第二スイッチの前記第三端は、前記負端子に電気的に結合され、
   前記正端子と前記負端子間に、前記バッテリーモジュールを流れるイネーブルルートと前記バッテリーモジュールを流れないバイパスルートがあり、
   前記バッテリーモジュールコントローラーが設置されて、
   前記イネーブルルートを流れるイネーブルルート電流と前記バイパスルートを流れるバイパスルート電流を感知する、及び、
   受信された前記少なくとも一つの制御信号のモード切替信号、前記イネーブルルート電流及び前記バイパスルート電流に基づいて、負のフィードバック制御と開ループ制御を用いることにより、前記第一スイッチの駆動と前記第二スイッチの駆動を制御して、前記一つ以上の電源装置の前記の少なくとも一つのイネーブルモードとバイパスモード間の切り替えを実行し、前記イネーブルモードは前記一つ以上の電源装置の前記の少なくとも一つを使用し、前記バイパスモードは前記一つ以上の電源装置の前記の少なくとも一つを迂回することを特徴とする電源装置管理システム。
2. 前記一つ以上の電源装置は、それぞれ、再構成可能な電源装置に設定され、且つ、前記電源装置管理システムが複数の電源装置を含むとき、前記複数の電源装置は、互いに、直列、並列、又は、直列と並列の組み合わせで、電気的に結合されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置管理システム。
3. 前記複数の電源装置の第一部分の前記正端子は、直列、及び／又は、並列で、前記事前構成装置に電気的に結合され、前記複数の電源装置の前記第一部分の前記負端子は、直列、及び／又は、並列で、前記複数の電源装置の第二部分の前記正端子に電気的に結合され、前記複数の電源装置の前記第二部分の前記負端子は、直列、及び／又は、並列に、前記複数の電源装置の第三部分の前記正端子に電気的に結合され、前記複数の電源装置の前記第三部分の前記負端子は、直列、及び／又は、並列で、接地端に電気的に結合されることを特徴とする請求項２に記載の電源装置管理システム。
4. 前記第一スイッチ及び前記第二スイッチは、少なくとも一つのトランジスタで実現されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置管理システム。
5. 前記イネーブルモードと前記バイパスモード間の電源切り替えは、連続、且つ、漸進的方式で実行されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置管理システム。
6. 前記バッテリーモジュールコントローラーは、さらに、
   前記イネーブルルート電流と前記バイパスルート電流を感知するとともに、前記イネーブルルート電流と前記バイパスルート電流を加えることにより、電源装置の負荷電流を出力する感知ユニットと、
   前記電源装置の負荷電流、前記イネーブルルート電流及び前記バイパスルート電流に基づいて、負のフィードバック制御信号を決定する信号処理回路と、
   利得と前記電源装置の負荷電流に基づいて、開ループ制御信号を決定する開ループ制御回路、及び、
   前記負のフィードバック制御信号と前記開ループ制御信号に基づいて、前記第一スイッチの前記駆動に用いる第一スイッチ駆動電圧を生成し、前記第二スイッチの前記駆動に用いる第二スイッチ駆動電圧を生成する切替駆動回路、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置管理システム。
7. 前記感知ユニットは、さらに、ストレージユニットにより、前記電源装置の負荷電流を保存し、前記開ループ制御回路は、前記ストレージユニットから、前記電源装置の負荷電流を受信することを特徴とする請求項６に記載の電源装置管理システム。
8. モードスイッチ信号が、前記イネーブルモードから前記バイパスモードに切り替えられることを示す場合、前記信号処理回路は、前記電源装置の負荷電流から、前記バイパスルート電流を引いて、前記フィードバック制御信号を出力し、前記モードスイッチ信号が、前記バイパスモードから前記イネーブルモードに切り替えられることを示す場合、前記信号処理回路は、前記電源装置の負荷電流から、前記イネーブルルート電流を引いて、前記フィードバック制御信号を出力することを特徴とする請求項６に記載の電源装置管理システム。
9. 前記バッテリーモジュールコントローラーは、さらに、プルハイ／プルロー回路を有し、前記切替駆動回路を制御して、前記第一スイッチを完全にオフにし、前記第二スイッチを完全にオンにする、又は、前記第一スイッチを完全にオンにし、前記第二スイッチを完全にオフにすることを特徴とする請求項６に記載の電源装置管理システム。
10. 事前構成負荷を提供、及び／又は、受信する電源装置であって、
    正端子及び負端子と、
    一つ以上のバッテリーを有し、前記負端子に電気的に結合されるバッテリーモジュールと、
    前記バッテリーモジュールに電気的に結合されるバッテリーモジュールコントローラーと、
    第一スイッチ及び第二スイッチ、
    を有し、前記第一スイッチ及び第二スイッチは、それぞれ、第一端、第二端及び第三端を有し、前記第一端と前記第二端は、前記バッテリーモジュールコントローラーと前記正端子に電気的に結合され、前記第一スイッチの前記第三端は、前記バッテリーモジュールに電気的に結合され、前記第二スイッチの前記第三端は、前記負端子に電気的に結合され、
    前記正端子と前記負端子間に、前記バッテリーモジュールを流れるイネーブルルート、及び、前記バッテリーモジュールを流れないバイパスルートを有し、
    前記バッテリーモジュールコントローラーが設置されて、
    前記イネーブルルートを流れるイネーブルルート電流及び前記バイパスルートを流れるバイパスルート電流を感知し、
    受信されたモード切替信号、前記イネーブルルート電流及び前記バイパスルート電流に基づいて、負のフィードバック制御と開ループ制御を使用することにより、前記第一スイッチの駆動と前記第二スイッチの駆動を制御して、前記電源装置のイネーブルモードとバイパスモード間の切り替えを実行し、前記イネーブルモードは前記電源装置を使用し、前記バイパスモードは前記電源装置を迂回することを特徴とする電源装置。
11. 前記電源装置は、再構成可能に設置されることを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。
12. 前記正端子は、前記事前構成負荷を提供、及び、又は、受信することを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。
13. 前記負端子は、接地端に電気的に結合されることを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。
14. 前記正端子は、別の電源装置の少なくとも一つの負端子に電気的に結合されることを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。
15. 前記負端子は、別の電源装置の少なくとも一つの正端子に電気的に結合されることを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。
16. 前記イネーブルモードと前記バイパスモード間の電流切り替えは、連続、且つ、漸進的方式で実行されることを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。
17. 前記バッテリーモジュールコントローラーは、さらに、
    前記イネーブルルート電流と前記バイパスルート電流を感知するとともに、前記イネーブルルート電流と前記バイパスルート電流を加えることにより、電源装置の負荷電流を出力する感知ユニットと、
    前記電源装置の負荷電流、前記イネーブルルート電流及び前記バイパスルート電流に基づいて、負のフィードバック制御信号を決定する信号処理回路と、
    利得と前記電源装置の負荷電流に基づいて、開ループ制御信号を決定する開ループ 制御回路、及び、
    前記負のフィードバック制御信号と前記開ループ制御信号に基づいて、前記第一スイッチの前記駆動に用いる第一スイッチ駆動電圧を生成するとともに、前記第二スイッチの前記駆動に用いる第二スイッチ駆動電圧を生成する切替駆動回路、
    を有することを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。
18. 前記感知ユニットは、さらに、ストレージユニットにより、前記電源装置の負荷電流を保存し、前記開ループ制御回路は、前記ストレージユニットから、前記電源装置の負荷電流を受信することを特徴とする請求項１７に記載の電源装置。
19. モードスイッチ信号が、前記イネーブルモードから前記バイパスモードに切り替えられることを示す場合、前記信号処理回路は、前記電源装置の負荷電流から、前記バイパスルート電流を引いて、前記フィードバック制御信号を出力し、前記モードスイッチ信号が、前記バイパスモードから前記イネーブルモードに切り替えられることを示す場合、前記信号処理回路は、前記電源装置の負荷電流から、前記イネーブルルート電流を引いて、前記フィードバック制御信号を出力することを特徴とする請求項１７に記載の電源装置。
20. 前記バッテリーモジュールコントローラーは、さらに、切替駆動回路を制御するプルハイ／プルロー回路を有して、前記第一スイッチを完全にオフにし、前記第二スイッチを完全にオンするか、又は、前記第一スイッチを完全にオンにし、前記第二スイッチを完全にオフにすることを特徴とする請求項１７に記載の電源装置。
21. 電源装置操作方法であって、
    モード切替信号を受信して、電源装置の操作を制御して、前記電源装置の事前構成負荷を提供、及び／又は、受信する工程と、
    イネーブルルートのイネーブルルート電流、及び、バイパスルートのバイパスルート電流を監視し、前記イネーブルルート電流は、一つ以上のバッテリーを有するバッテリーモジュールを流れ、前記バイパスルート電流は、前記バッテリーモジュールを流れない工程、及び、
    前記モード切替信号、前記イネーブルルート電流及び前記バイパスルート電流に基づいて、負のフィードバック制御と開ループ制御を用いることにより、第一スイッチの駆動と第二スイッチの駆動を制御して、前記電源装置のイネーブルモードとバイパスモード間の切り替えを実行し、前記イネーブルモードは前記電源装置を使用し、前記バイパスモードは前記電源装置を迂回する工程と、
    を有することを特徴とする電源装置操作方法。
22. 前記イネーブルモードと前記バイパスモード間の電流切り替えは、連続、且つ、漸進的方式で実行されることを特徴とする請求項２１に記載の電源装置操作方法。
23. さらに、
    前記イネーブルルート電流を前記バイパスルート電流に加えることにより、電源装置の負荷電流を生成する工程と、
    前記電源装置の負荷電流、前記イネーブルルート電流及び前記バイパスルート電流に基づいて、負のフィードバック制御信号を決定する工程と、
    利得と前記電源装置の負荷電流に基づいて、開ループ制御信号を決定する工程、及び、
    前記負のフィードバック制御信号と前記開ループ制御信号に基づいて、前記第一スイッチの前記駆動に用いる第一スイッチ駆動電圧を生成するとともに、前記第二スイッチの前記駆動に用いる第二スイッチ駆動電圧を生成する工程と、
    を有することを特徴とする請求項２１に記載の電源装置操作方法。
24. さらに、
    モードスイッチ信号が、前記イネーブルモードから前記バイパスモードに切り替えられることを示す場合、前記電源装置の負荷電流から、前記バイパスルート電流を引いて、前記フィードバック制御信号を形成する工程、及び、
    前記モードスイッチ信号が、前記バイパスモードから前記イネーブルモードに切り替えられることを示す場合、前記電源装置の負荷電流から、前記イネーブルルート電流を引いて、前記フィードバック制御信号を形成する工程と、
    を有することを特徴とする請求項２３に記載の電源装置操作方法。
25. さらに、
    前記第一スイッチを完全にオンにし、前記第二スイッチを完全にオフにする、又は、前記第一スイッチを完全にオフにし、前記第二スイッチを完全にオンにする工程を有することを特徴とする請求項２３に記載の電源装置操作方法。
26. さらに、
    前記電源装置の負荷電流を保存する工程を有することを特徴とする請求項２３に記載の電源装置操作方法。

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