JP6744698B2 - バッテリ管理装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリの充電及び放電を管理する装置及び方法に関する。本発明は、特に電気車両におけるバッテリの充電及び放電についての管理に関するものである。ただし、これに限定されるものではない。

熱望された低炭素排出経済の到来は、多くの種々のいわゆる「グリーン」電力供給システムを産み出した。これらのシステムは、一般には家庭内にて、例えば太陽電池、風車、又はヒートポンプを用いて、ローカル電力を生成する。そのような家庭内システムのほとんど全ては、家庭内で生成・蓄積されたグリーン電力が複数のデバイスへ供給される期間中に電力を供給するためのバッテリを含んでいる。本発明は、そのような家庭内発電システムに適用可能である。

低炭素排出経済は、「低毒排出」経済をも産み出した。この経済によれば、自動車が進化し、現行の内燃機関から動力を供給する車両と比較して、「温室効果」ガスの低排出を達成し、かつ医学的に有害な物質の低排出を達成している。そのような環境保護車両は、これに限らないが、角運動エネルギ・フライホイールから動力を供給する車両、水素内燃機関から動力を供給する車両、電気牽引モータへの供給電力を発電する燃料電池を備えた車両、通常は任意の種類の内燃機関又は燃料電池とバッテリとの組合せで電気牽引モータに動力を供給する技術の組合せを採用したハイブリッド車両、充電ステーションで再充電可能な充電されたバッテリが電気牽引モータに動力を供給し得る純粋の電気車両を含んでいる。本発明は、牽引を実現するように電気モータに動力を供給するのに用いられるバッテリを利用した、いわゆる環境保護車両に適用可能である。

国際公開第２０１１／１３１９４６号は、電気車両のためのバッテリ管理システムを開示している。その車両は、（ａ）複数の単位セルを有する牽引バッテリと、（ｂ）当該車両中の非牽引電気システムのために電力を供給する二次バッテリとを備える。バッテリ管理システムは、牽引バッテリ中の単位セルを充電するように、二次バッテリを使えるようにする。非牽引電気システムは、電気ヒータ、ブレーキ灯、回生表示、後退灯、後退警音器、１２ボルト車両充電ユニット、パワーステアリングポンプ出力のうちの１つ以上を含む。本発明は、二次的な非牽引電気システムの一部又は全部がバッテリ放電中に維持されることで、改善を図ることを目的とする。

国際公開第２０１１／０９２３６３号は、電気車両のための１組のバッテリを管理するシステム及び方法を開示している。このシステムは、バッテリ電圧をアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄコンバータと、バランス動作の間に過剰エネルギを消費する複数のパワー抵抗と、カードの動作を制御するマイクロコントローラとを有するバッテリ読み取りカードを備える。このシステムは、バッテリ制御カードのための調整器を更に備える。この調整器は、各バッテリ制御カードのマイクロコントローラと、バッテリに流れる電流を検出するセンサとに接続される。このシステムは、電気的に絶縁され、かつバッテリとコントローラと電流センサとを接続するバスを更に備える。本発明は、バッテリのバランスが必要である場合のコントローラを含む装置及び方法を提供することで、改善を図ることを目的とする。

米国特許出願公開第２０１０／０１８２１５４号明細書は、電気車両の電力ユニットを管理するバッテリ管理システムを開示している。電力ユニットは、複数のバッテリモジュールを含む。当該バッテリ管理システムは、モータのための各々バッテリセルを持つ複数のバッテリモジュールから構成された電力源と、バッテリモジュールの電圧及び温度を検出するようにバッテリモジュールに１対１に設けられたバッテリモジュールステータスセンサと、バッテリモジュールステータスセンサにより検出されたデータに基づいてバッテリモジュールの状態を判定する制御ユニットとを備える。バッテリモジュールステータスセンサは番号データを伝送する通信線により互いに直列に接続され、各バッテリモジュールステータスセンサにはそれぞれ上流側のバッテリモジュールステータスセンサから受け取ったＩＤ情報をもとにしてＩＤコードが割り当てられ、ＩＤ情報とＩＤコードとを下流側のバッテリモジュールステータスセンサへ伝送する。制御ユニットは、番号データを伝送する通信線と、番号データ以外の種々のデータを伝送する通信線とを介してバッテリモジュールステータスセンサに接続されており、番号データを伝送する通信線と、番号データ以外の種々のデータを伝送する通信線とを介して受け取った検知情報をもとにして、異常なバッテリモジュールの位置を特定する。本発明は、維持された牽引を電気車両に供給するために、そのような情報をより良く利用することで、改善を図ることを目的とする。

第１の観点によれば、本発明は、バッテリの充電及び放電を制御する装置であって、バッテリパックと、充電割り当てプロファイルに従って複数の電力消費部のうちの１つ以上に前記バッテリパックを選択的に接続する手段と、前記バッテリパックの充電状態をモニタする手段と、前記バッテリパックの充電状態と前記充電割り当てプロファイルとを比較する手段と、前記モニタされた充電状態と前記プロファイルとの差が閾値を超過した時点を決定する手段と、前記閾値の超過に応答して前記複数の電力消費部のうちの少なくとも１つの接続の状態を調整する手段とを備えた装置を提供する。

第２の観点によれば、本発明は、複数の単位バッテリを有するバッテリパックの充電及び放電を制御する装置であって、単位セグメントの中で電力を供給する１つ以上の単位バッテリを選択する手段を備え、かつ１つ以上のセグメントを確立する手段を備え、いずれの単位バッテリも２つ以上のセグメントの中で電力を供給するように選択されることはない装置を提供する。

第３の観点によれば、本発明は、バッテリの充電及び放電を制御する方法であって、充電割り当てプロファイルに従って複数の電力消費部のうちの１つ以上にバッテリパックを選択的に接続するステップと、前記バッテリパックの充電状態をモニタするステップと、前記バッテリパックの充電状態と前記充電割り当てプロファイルとを比較するステップと、前記モニタされた充電状態と前記充電割り当てプロファイルとの差が閾値を超過した時点を決定するステップと、前記閾値の超過に応答して前記複数の電力消費部のうちの少なくとも１つの接続の状態を調整するステップとを備えた方法を提供する。

第４の観点によれば、本発明は、複数の単位バッテリを有するバッテリパックの充電及び放電を制御する方法であって、単位セグメントの中で電力を供給する１つ以上の単位バッテリを選択するステップと、１つ以上のセグメントを確立するステップと、２つ以上のセグメントの中で電力を供給するように単位バッテリを選択しないステップとを備えた方法を提供する。

本発明はまた、前記閾値の超過に応答して新たな充電割り当てプロファイルを選択する手段を提供する。また、前記新たな充電割り当てプロファイルを利用者から受け取る手段と、前記新たな充電割り当てプロファイルを制御プロセッサから自動的に受け取る手段とを備えてもよい。

本発明はまた、利用者が前記割り当てプロファイルをいつでも変更できる手段を提供する。

本発明はまた、バッテリパックの放電中、ある電力消費部は、充電割り当てプロファイルのそのエントリがゼロになったときに接続が遮断され、かつバッテリパックの充電中、ある電力消費部は、当該電力消費部に割り当てられた前記バッテリパックの充電がゼロを上回ったときにいつでも再接続されるようにしてもよい。

本発明はまた、電気車両中で利用されるようにしてもよい。

本発明はまた、バッテリパックが複数の単位バッテリを有し、単位セグメントの中で電力を供給する１つ以上の単位バッテリを選択する手段を備え、かつ１つ以上のセグメントを確立する手段を備え、いずれの単位バッテリも２つ以上のセグメントの中で電力を供給するように選択されることはない装置を提供する。

本発明はまた、１つ以上の電力消費部の選択可能な範囲に電力を供給するように前記又は各セグメントを接続する装置を提供する。

本発明はまた、前記１つ以上のセグメントの範囲内で単位バッテリが再度割り当てられるようにしてもよい。

本発明はまた、あるセグメントの中で充電及び放電を制御する手段を有する装置であって、前記装置は、充電割り当てプロファイルに従って複数の電力消費部のうちの１つ以上に前記セグメントを選択的に接続する手段と、前記セグメントの充電状態をモニタする手段と、前記セグメントの充電状態と前記セグメントの充電割り当てプロファイルとを比較する手段と、前記モニタされたセグメントの充電状態と前記セグメントの充電割り当てプロファイルとの差が閾値を超過した時点を決定する手段と、前記セグメントの閾値の超過に応答して前記複数の電力消費部のうちの少なくとも１つの接続の状態を調整する手段とを備えた装置を提供する。

本発明はまた、前記閾値の超過に応答して新たなセグメント充電割り当てプロファイルを選択する手段を提供する。

本発明はまた、前記新たなセグメント充電割り当てプロファイルを利用者から受け取る手段と、前記新たなセグメント充電割り当てプロファイルを制御プロセッサから自動的に受け取る手段とのうち少なくとも１つを備えた装置を提供する。

本発明はまた、利用者が前記セグメント割り当てプロファイルをいつでも変更できるようにしてもよい。

本発明はまた、セグメントの放電中、ある電力消費部は、セグメント充電割り当てプロファイルのそのエントリがゼロになったときに接続が遮断され、かつセグメントの充電中、ある電力消費部は、当該電力消費部に割り当てられた前記セグメントの充電がゼロを上回ったときにいつでも再接続されるようにしてもよい。

本発明はまた、バッテリパックの累進的な充電及び放電を達成する。

添付図面とともに読まれるべき以下の記述によって、本発明を更に説明する。

本発明の第１の実施形態に好適なレイアウトを例示したブロック図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る図１に示されたバッテリパックを例示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態を実施し得る１つの方法を例示したフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に好適なレイアウトを例示したブロック図である。 図４のバッテリパックが本発明の第２の実施形態を支持するように構成され得る１つの方法を例示した概念図である。 本発明の第２の実施形態で使用し得る、また図４及び図５に示された、ネットワーク配置されたバッテリシステムの全体図である。

第１の実施形態を示す図１では、バッテリパック１０が、運転者による制御のもとで車輪を回転させる牽引システム１２に動力を供給するという基本機能として、電気車両に備えられている。バッテリパック１０は、非限定の実施形態として、データ処理システムのためのバックアップ電力源として、またローカルな非グリッド発電も採用されたような家庭内電気供給のためのバックアップ電力源として、他の任意のシステムに備えられてもよい。充電ポート装置１４が、バッテリパック１０の全体又は一部を、後述するように充電可能にする。充電ポート装置は、バッテリパック１０を充電するための任意の電力源を使用し得る。可能な電力源は、これらに限定されないが、商用（グリッド）のＡＣ電力と、独立した発電機と、電気エネルギを供給するように動作し得る無線結合された場所とを含む。

バッテリパック１２は、個々の電力消費アイテムに電力幹線１６を提供する。上述のように、主なものは、電気車両を動かす牽引システム１２である。アクセサリは、これらに限定されないが、車内ヒータ１８と、車内及び車外のライト２０と、ラジオ及び娯楽装置２２と、衛星ナビゲーション装置２４と、例えばアクセサリソケット、ウォッシャ、ワイパ、くもり取り等の他の装置２６とを含む。

プロセッサの形態で備えられたコントローラ２７が、制御要素２８を介してデータを受け取り、かつ接続を制御するために、全ての接続可能なアイテム１２，１８〜２６に結合されている。受け取ったデータは、各アイテム１２，１８〜２６の型及び識別であり、またアイテム１２，１８〜２６により受け取られる電流であり得る。これらの情報は、個々の接続可能アイテム１２，１８〜２６について、実施形態ではパフォーマンス分析に使用するのに適したソフトウェアパッケージを呼び出して使用するために、プロセッサ２７により利用可能である。制御要素２８もまた、プロセッサ２７により供給される命令に応じて、個々の接続可能アイテム１２，１８〜２６を電力幹線１６に接続したり、電力幹線１６から遮断したりすることを可能にする。

プロセッサ２７は、ダッシュボード表示装置として設けられた運転者インターフェイス３０へ表示情報を提供し、かつ当該運転者インターフェイス３０から制御命令を受け取るように結合されている。実施形態として、運転者インターフェイス３０は、バッテリパック１０の充電状態と、個々の接続可能アイテム１８〜２６の利用可能時間の詳細とを表示する。運転者インターフェイス３０はまた、運転者が個々の接続可能アイテム１８〜２６を選択して、スイッチオン又はスイッチオフし、かつ実施形態ではタッチスイッチ及びタッチスライダーバーにより強度を調整することを許容する。

プロセッサ２７と運転者インターフェイス３０との組合せは、無線通信３２を備えている。この手段により、プログラム及びデータの更新、アップロード及びダウンロードが可能になる。また、これにより、リモート解析、データ収集、及び電気車両の外部からのアップグレードが可能になる。無線通信３２は、移動電話、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、あるいはインターネット接続を含み得る。インターネット接続によれば、個々の利用者のコンピュータ又は他の携帯端末から車両に問い合わせをし、更新し、及び制御することが可能になる。

次に、本発明の第１の実施形態における図１中に示されたバッテリパック１０を例示したブロック図である、図２（ａ）及び図２（ｂ）に着目する。

本発明の第１の実施形態では、バッテリパック１０が全体として、充電され、かつ放電される。図２（ａ）では、各々バッテリ正端子３６及びバッテリ負端子３８を有する単位バッテリ３４が、バッテリパック正端子４０とバッテリパック負端子４２との間に単位バッテリ３４の電位差の和を提供するように、直列接続されている。図２（ｂ）では、単位バッテリ３４が並列接続されており、各バッテリ正端子３６が他の全てのバッテリ正端子３６に接続されて共通のバッテリパック正端子４０をなし、かつ各バッテリ負端子３８が他の全てのバッテリ負端子３８に接続されて共通のバッテリパック負端子４２をなしている。

図２（ａ）及び図２（ｂ）中の各バッテリ３４は、単一セルで構成されてもよいし、直列接続された複数のセルで構成されてもよい。図２（ｂ）の構成では、単位バッテリ３４が全てバッテリ正端子３６とバッテリ負端子３８との間に同じ電位差を呈さなければならないが、図２（ａ）の構成では、単位バッテリ３４がバッテリ正端子３６とバッテリ負端子３８との間に異なる電位差を呈し得る。また、図２（ａ）の構成では、単位バッテリ３４が全て同じ充電容量（すなわち、満充電及び放電のアンペア時）を持たねばならないが、図２（ｂ）の構成では、単位バッテリ３４が互いに異なる充電容量を持ち得る。

各バッテリ３４は、バッテリモニタ４４を備える。各バッテリモニタ４４は、何れのバッテリに接続されているか、あるいは何れのバッテリに統合されているかという、単位バッテリ３４に関するデジタルデータを、プロセッサ２７へ提供する。バッテリモニタ４４のデータは、各バッテリモニタ４４からの示度に応じてプロセッサ２７が制御機能を実行することを許容する。各バッテリモニタ４４は、対応する単位バッテリ３４により受け取られ、又は対応する単位バッテリ３４により供給される、現在の電流に関するデータをプロセッサ２７へ中継する。加えて、各バッテリモニタ４４は、対応する単位バッテリ３４の端子電圧、対応する単位バッテリ３４の温度のうち少なくとも１つをプロセッサ２７へ中継することも可能である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は各々４個の単位バッテリ３４を示しているが、図２（ａ）及び図２（ｂ）の各々にて、本発明の第１の実施形態は、１個しかない単位バッテリ３４でも、また無限に多い数の単位バッテリ３４でも機能し得ると理解されるべきである。

次に、本発明の第１の実施形態を実施し得る１つの方法を例示したフローチャートである、図３に着目する。

スタート４６から、第１の処理４８は、各バッテリモニタ４４から読み出した現在の電流値を受け取る。プロセッサ２７は、クロックパルスを計数することにより時間を計数するためのクロックを有する。第１の処理４８は、一定の繰り返し時間間隔にて、循環する期間の終わりに、各バッテリモニタ４４から電流測定値を受け取る。そして、第１の処理４８は、各バッテリモニタ４４の現在の電流値を乗算することにより、各々対応する単位バッテリ３４を充電するように流れる、又は対応する単位バッテリ３４を放電させるように流れる、電荷量（アンペア時間）を決定する。そして、第１の処理４８は、充電量又は放電量を、各単位バッテリ３４のために保持された現在の総量に加算することで、その単位バッテリ３４の電荷量を見出す。本実施形態では、１個の単位バッテリを充電するように流れる電流は総量を増加させ、１個の単位バッテリを放電させるように流れる電流は総量を減少させる。したがって、総量は、各単位バッテリに蓄えられた電荷量の測定値を与える。

次に、第１の判断５０は、バッテリパック１０が満充電か否かを調べる。バッテリパック１０が満充電であれば、第２の処理５２が充電処理を停止して、第１の処理４８へ制御を戻す。このようにして、バッテリパック１０の過充電が防止される。バッテリパック１０が満充電でなければ、バッテリパック１０内の満充電に対するパーセンテージを第３の処理５４が決定する。

次に、第２の判断５６は、バッテリパック１０内の合計パーセンテージが所定の閾値を超過したか否かを調べる。超過していなければ、第１の処理４８へ制御が戻る。超過している場合、第４の処理５８は、後述するように活性化されるべき特定のアクセサリの能力をスイッチオフ（バッテリパック１０が放電中である場合）し、又はスイッチオン（バッテリパック１０が充電中である場合）する。

第１の判断５０を第３の処理５４の前に置くか後に置くかは、選択の余地がある。

次に、第３の判断６０は、第２の判断５６の閾値超過の結果として、当該所定の閾値を変更すべきか否かを調べる。閾値を変更する必要がなければ、第１の処理４８へ制御が戻る。閾値を変更する必要があれば、第５の処理６２は、バッテリパック１０が充電中であるか放電中であるかにより決定される、第２の判断５６で使用されるべき、次の所定の閾値を取得する。あるいは、運転者インターフェイス３０を通じて、新たな閾値を選択するように利用者に求めてもよい。次に、第１の処理４８へ制御が戻る。

ここで、図２（ａ）の直列バッテリ接続の場合又は図２（ｂ）の並列バッテリ接続の場合に、図３に示された制御方法のもと、本発明の第１の実施形態がどのように動作し得るかの例を示す。この説明では、合計の利用可能なバッテリパック充電容量が１００％であるものとする。

プロセッサ２７による制御のもと、指定された充電割り当てを用いてバッテリパックの放電が活性化される。充電割り当ては、牽引システムへのパーセンテージ割り当てと、各アクセサリ１８，２２〜２６への個々の割り当てとからなる。与えられた充電割り当ては、第２の判断５６において超過される閾値を表している。バッテリパック１０の充放電状態が第２の判断５６のきっかけとなるので、第４の処理５８は、充電量割り当てをもはや有しない、又は有しなくなった、指定されたアクセサリ２２〜２６の使用を可能にし又は不可能にする。

バッテリパック１０の充放電状態に応じて、充電割り当ての複数の組があってよく、第３の判断６０及び第５の処理６２（又は利用者）は、必要に応じて割り当て充電量を変更する。割り当て充電量は、運転者インターフェイス３０を利用することにより利用者によって選択されることが可能であり、あるいはプロセッサ１７に格納されて、ここから自動的な再取り出しが可能であり得る。格納された割り当ては、前述のように備えられた無線通信３２を利用することによりダウンロード可能である。

１つの例によれば、バッテリパック１０が１００％充電（１００単位）されているとき、利用者又はプロセッサ２７は、エンジン１２のための電力にバッテリパック充電容量の７５％を（７５単位）、ライト２０にバッテリパック１０の充電容量の１５％を（１５単位）、ヒータ１８及びラジオ２２にバッテリパック１０の充電容量の残り１０％を（１０単位）それぞれ割り当てることができる。

この例の続きとして、車両を一定期間だけ使用したことにより、バッテリパック１０が２５％だけ放電されるかも知れない。本例では、更新された現在の総量は、エンジン１２に５６単位（７５％充電バッテリの７５％）、ライト２０に１１単位（７５％充電バッテリの１５％）、ヒータ及びラジオ１８，２２に７．５単位（７５％充電バッテリの１０％）と読める。

この点で、プロセッサ２７を使用することにより、あるいは利用者インターフェイス３０を介して利用者が、充電割り当てを、エンジン１２のための電力へはバッテリの９０％に、ライト２０の電力へはバッテリの１０％に、ヒータ１８及びラジオ２２にはバッテリの０％にそれぞれ変更する。新たな読みは、エンジン１２のための電力に６７単位（７５％充電バッテリの９０％）、ライト２０に７．５単位（７５％充電バッテリの１０％）、ヒータ１８及びラジオ２２に０単位となる。ここで新たな閾値が、第２の判断５６で使われるように、第３の判断６０及び第５の処理６２により設定される。

本例にて、更なる使用期間の後、バッテリパック１０の中に、全充電容量の５０％が残存しているかもしれない。この場合、新たな現在総量の読みは、エンジン１２のための電力に４５単位、ライト２０に５単位、ヒータ及びラジオ１８，２２に０単位となり得る。

このバッテリパック１０を使用するにあたり、バッテリパック１０を全体として充電する開始点としての充電状態では、バッテリパック１０が５０％のみ充電されている場合、バッテリパック１０の全容量のうちの５０％のみが新たに充電され得る。ライト１０並びにヒータ及びラジオ１８，２２への割り当てをゼロに引き下げ、エンジン１２への充電割り当てのみ、すなわち５０％充電バッテリの９０％とすべきことを、利用者が決定することができ、あるいはプロセッサ２７が自動的に選択することができる。バッテリパック１０の充電がゼロに、あるいはゼロに近い所定の充電状態に低減された場合には、モータ駆動システム１２への電力供給を含む全ての処理が、バッテリパック１０がより多く充電されるまで禁止され得る。これにより、バッテリの完全放電を回避し得る。

その後、バッテリが合計で９５％まで充電されるならば、５０％（充電残量）＋５０％放電バッテリ容量の９０％＝９５％充電バッテリとなる。バッテリパック１０の充電が増加した時点で、新たな割り当てが自動的に設定される。さもなければ、運転者インターフェイス３０を使用して利用者が、見直し後の割り当てを供給することも可能である。

本発明の第１の実施形態は、従来のシステム及び方法に対する時間及びコストの利点を提供する。例えば、バッテリの５０％を充電するのに１０時間を要するならば、選択された又は要求された割り当てを個別に充電することにより、利用者は、バッテリの充電に９時間のみを費やすことになり、１時間の充電時間を節約することができる。充電時間が短いので、不要な経費を避け、資源を浪費しない。

次に、本発明の第２の実施形態の実施に好適なレイアウトを例示したブロック図である、図４に着目する。

図４は、図１の拡張かつ詳細を示す図である。図４にて、同じ符号は同じ意味を有し、図１で指定されたのと同様の機能を持つ同じアイテムを指定するので、更なる説明は省略する。

図４にて、電力線１６は複数の個別線を備え、図１の制御要素２８は複数のスタック制御要素になっている。これら複数のスタック制御要素２８は、各々プロセッサ２７により個別に切替可能であり、かつ各々特定の電力消費アイテム１２，１８〜２６に関連付けられている。

本発明の第２の実施形態の処理にて、電力消費アイテム１２，１８〜２６は、スタック制御要素２８により、電力幹線１６を構成する複数の線のうち選択された１本の線を通じてバッテリパック１０に接続され得る。より多くの電流容量が必要ならば、２以上のスタック制御要素２８により、同一の電力消費部１２，１８〜２６へ２本以上の接続がなされ得る。

次に、図４のバッテリパック１０が本発明の第２の実施形態を支持するように構成され得る１つの方法を例示した概念図である、図５に着目する。図５のバッテリパック１０は、図２（ａ）及び図２（ｂ）中の要素と共通の要素を備えている。個々のバッテリ３４及びバッテリモニタ４４は、そのような共通要素であり、かつ図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して与えられたものと同じ説明が適用され、同一の追加的特徴及び例外もまた適用される。

図５において、プロセッサ２７からの制御（接続が不図示であるが、理解され得る）は、任意の個々の単位バッテリ３４又は単位バッテリ３４の任意の組合せを、電力線１６の複数の線に接続し、又は接続しないように、バッテリパック１０の制御要素６８に指示を与えることができる。プロセッサ２７からの制御は、任意の１つ以上の単位バッテリ充電選択スイッチ７０に対して、対応するバッテリ３４を、図４の充電ポート１４からの電流を流す１本の充電線７２に接続するように、又は接続しないように、指示することも可能である。

図５の構成は、単位バッテリ３４の１つ又は任意の組合せが、電力幹線１６に電力を供給するように切り替えられること、又は切り替えられないことを可能にする。図５の構成はまた、いずれのバッテリも充電を受けないように切り替えられ、又は単位バッテリ３４の１つ又は任意の組合せが、対応する充電選択スイッチ７０により、充電線７２からの充電を受けるように切り替えられることを可能にする。

したがって、図５の構成は、利用者にとって運転者インターフェイス３０を通じて、あるいは自動的に動作するプロセッサ２７によって、任意のサービス１２，１８〜２２のために任意の組合せの単位バッテリ３４の提供を選択することを可能にする。

図５は４個の単位バッテリ３４を示しているが、本発明の第２の実施形態は、２個の単位バッテリ３４の使用、また無限に数多くの単位バッテリ３４の使用を可能にすることが理解されるべきである。図５は線１６，７２と、図２（ａ）及び図２（ｂ）のバッテリパック負端子４２を構成する共通接地７４との間に並列接続された単位バッテリ３４を示しているが、本発明は、単位バッテリ３４と個々の接地線の利用との組合せを提供する直列接続の利用もカバーすることもまた理解される。当業者は、単位バッテリ３４の組合せを実現する、単位バッテリのそのような直列接続が提供されるような、図５の構成からの変形を理解するであろう。

以下の説明のために、図５では、単位バッテリ３４を区別するように、第１のバッテリには符号３４Ａが、第２のバッテリには符号３４Ｂが、第３のバッテリには符号３４Ｃが、第４のバッテリには符号３４Ｄがそれぞれ与えられる。

図５は、いわゆる分散バッテリ３４の構成を示している。ここでは、バッテリ３４が任意の選択可能な接続下で使用され得る。

次に、本発明の第２の実施形態で使用し得る、ネットワーク配置されたバッテリシステムの全体図である、図６に着目する。この概念的な図では、単位バッテリ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの各々に１本の（図中の）水平な十字線７６が接続され、接続可能なアプライアンス１２，１８〜２６の各々に１本の（図中の）垂直な十字線７８が接続されている。各十字線７６，７８の、プロセッサ・オン／オフ・スイッチング制御における、例えばバッテリパック１０の制御要素６８及び充電選択スイッチ７０に対応した、交点８２（図６では代表的な数の交点のみが指摘されている。）に、ブリッジ結合８０が設けられている。充電線７２は、図６に含まれていないが、図６のクロスバシステムの重要な部分と考えられる。充電線７２は、更なる垂直な十字線７８として含まれてもよい。

ここで、本発明の第２の実施形態の処理のための、説明的かつ例示的な記載が与えられる。

本実施形態では、各バッテリ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの最大充電容量が、各バッテリの最大充電容量の１００％に等しいとされる。したがって、満充電では、
第１のバッテリ３４Ａの充電＝１００％＝１００単位、
第２のバッテリ３４Ｂの充電＝１００％＝１００単位、
第３のバッテリ３４Ｃの充電＝１００％＝１００単位、
第４のバッテリ３４Ｄの充電＝１００％＝１００単位
である。ここでは、合計４００単位の充電が、バッテリパック充電容量の１００％を表す。

バッテリパック１０を放電する際には、全バッテリパック１０よりもむしろ単位バッテリ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄが使用され、編成される。

本発明の第２の実施形態の説明では、電力供給源を提供するようにグループ化されて互いに結合された、１つ以上の単位バッテリ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄとして、「セグメント」が定義される。

本使用例では、利用者は、利用者インターフェイス３０を使うことで、第１の単位バッテリ３４Ａと第２の単位バッテリ３４Ｂとを一対にして牽引システム１２に電力を供給するように互いに結合することにより、エンジンのための電力を供給する第１の単一「セグメント」（セグメント１）を生成することができる。また、利用者は、第３の単位バッテリ３４Ｃからライト２０に電力を供給する第２の「セグメント」（セグメント２）を生成することができる。また、利用者は、ヒータ（本実施形態ではラジオを除く）に電力を供給する第３の「セグメント」（セグメント３）を生成することができる。このようなセグメント構成の結果、バッテリの５０％がエンジンに割り当てられ、２５％がライトに、残りの２５％がヒータにそれぞれ割り当てられることとなる。

当該車両を一定期間使用した後、例示の目的のために、セグメント１で２５％放電の結果、第１の単位バッテリ３４Ａの残りが７５単位、かつ第２の単位バッテリ３４Ｂの残りが７５単位となることがあり得る。これは、バッテリパック１０の全体として３７．５％に、すなわち（７５＋７５）／４００になったものと換算される。例示の目的のために、利用者がライト及びヒータを使用しなかったので、セグメント２及び３は１００％のままである。

本例では、この時点で、利用者が、牽引システムのためのバッテリ容量を増加させることを決定し、セグメント１を第１の単位バッテリ３４Ａと第２の単位バッテリ３４Ｂと第３の単位バッテリ３４Ｃとの組合せに変更する。この結果、セグメント１は８７％充電となり、これはバッテリパック１０の全可能充電に対して４３％に換算される。もし第３の単位バッテリ３４Ｃと第４の単位バッテリ３４Ｄとが結合されておれば、セグメント１は１００％充電となり、これはバッテリパック１０の全充電容量に対して５０％に換算される。

セグメント１における充電容量に対して、第１の単位バッテリ３４Ａ＋第２の単位バッテリ３４Ｂ＋第３の単位バッテリ３４Ｃ＝８３％のような、他の組合せも可能である。これは、バッテリパック１０の可能な充電に対して６２．５％に換算される。セグメント１につき第３の単位バッテリ３４Ｃ＋第４の単位バッテリ３４Ｄ＋第１又は第２の単位バッテリ３４Ａ，３４Ｂ＝９１％の充電も可能であり、これはバッテリパック１０の充電に対して６８．７５％に換算される。

本発明の第２の実施形態によるバッテリパック１０の充電例として、もし、例示の目的のために、セグメント１が第３の単位バッテリ３４Ｃ（１００単位）と第４の単位バッテリ３４Ｄ（１００単位）と第１の単位バッテリ３４Ａ（７５単位）との組合せであり、かつセグメント２が第２の単位バッテリ３４Ｂ（７５単位）であり、かつヒータが禁止されているならば、これはバッテリパック１０の充電の８７．５％に換算される。

もし、例示の目的として、セグメント１のみを充電し、セグメント２への充電を禁止することを利用者が決定すると、充電完了後は、バッテリパックがその全充電容量の９３．７５％まで充電される。

本発明の第２の実施形態は、より経済的な充電がより速く達成されるようにする技術的改良を提供する。例えば、もしバッテリの１２．５％を充電するのに、選択された又は要求されたセグメントの個別充電により１０時間を要する場合、利用者は、例えば、バッテリの充電に５時間のみを費やすことになり、５時間の充電時間を節約することができる。これにより、所定の時点にて、不要な経費や資源の浪費が防止される。

本発明はまた、本発明の第１の実施形態と本発明の第２の実施形態との組合せ利用を提供する。図４〜図６の分散ネットワークは、図１〜図３に関連して説明した割り当て充放電を含むように拡張することができる。この場合、「セグメント」を確立するように単位バッテリの接続レイアウトを確立する際に、図１〜図３を参照して説明した充電割り当て方法が、割り当て限界の変更とアプライアンス部１８〜２６の使用とを決定するのに用いられ得る。

他の可能性として、セグメントは、牽引のみや、ヒータ・ライト・ラジオのように、異なる機能に割り当てられ得る。充電割り当てルーチンが適用可能である。ヒータ・ライト・ラジオのセグメントが完全に放電されたとき、ヒータ・ライト・ラジオの機能は、牽引セグメントの中に含められ得る。そして、図１〜図３に関連して説明したように、更なる割り当てとデバイス切り離しルーチンが適用される。

第１及び第２の実施形態として上記したように、本発明は、バッテリ及びバッテリパックの累進的な充電及び放電を可能にする。

当業者は、本発明から逸脱しない範囲で、多くの変形及び組合せに気付くであろう。

本発明は、添付の特許請求の範囲によって、より明確に定義される。

Claims (37)

1. バッテリパックの充電及び放電を制御する装置であって、
   少なくとも１つの単位バッテリを含むバッテリパックであって、全体として充電及び放電が可能な前記バッテリパックと、
   充電割り当てプロファイルに従って複数の電力消費部のうちの１つ以上に前記バッテリパックを接続する複数のスタック制御要素であって、前記充電割り当てプロファイルは電力消費部に割り当てられたバッテリ容量の持分を表す、前記スタック制御要素と、
   前記少なくとも１つの単位バッテリの少なくとも現在の測定データを取得するように前記バッテリパックに接続されたバッテリモニタと、
   前記少なくとも１つの単位バッテリに対して取得された前記現在の測定データに基づいて前記バッテリパックに蓄積された充電の量を測定し、前記バッテリパックが完全に充電されていないことを判定した上で前記バッテリパック内の充電の割合を決定し、前記バッテリパック内の充電の割合の前記決定に基づき、前記バッテリパック内の充電の割合が所定の閾値を超過したことを確認し、当該確認に基づいて、前記複数の電力消費部を前記バッテリパックから接続することおよび切断することの少なくとも１つを実行することによって前記複数の電力消費部の１つ以上の接続の状態を調整し、前記閾値の超過に基づいて、新しい閾値を選択し、前記新しい閾値に基づいて前記充電割り当てプロファイルを新しい充電割り当てプロファイルに変更し、前記バッテリパック内に蓄積された前記充電の量と前記新しい充電割り当てプロファイルとに基づいて前記バッテリパックの前記充電および前記放電を制御するように、前記バッテリモニタに接続されたプロセッサと、
   を備えた装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   利用者が前記閾値の超過に応答して新たな充電割り当てプロファイルを選択できるように、前記プロセッサに接続された運転者インターフェイスを備えた装置。
3. 請求項２記載の装置において、
   前記新たな充電割り当てプロファイルを利用者から受け取り、かつ、
   前記新たな充電割り当てプロファイルを制御プロセッサから受け取る装置。
4. 請求項１記載の装置において、
   前記バッテリパックの放電中、ある電力消費部は、充電割り当てプロファイルの当該電力消費部のエントリがゼロになったときに接続が遮断され、かつ前記バッテリパックの充電中、ある電力消費部は、当該電力消費部に割り当てられた前記バッテリパックの充電がゼロを上回ったときにいつでも再接続される装置。
5. 請求項１記載の装置において、
   電気車両中で利用された装置。
6. 複数の単位バッテリを有するバッテリパックの充電及び放電を制御する装置であって、
   ある電力消費部へのセグメントとして電力を供給するように１つ以上の単位バッテリを選択できるようにする運転者インターフェイスを備え、
   前記装置は１つ以上のセグメントを確立し、かついずれの単位バッテリも２つ以上のセグメントの中で電力を供給するように選択されることはなく、
   前記運転者インターフェイスは、前記セグメントへの少なくとも１つの単位バッテリの追加又は除外を可能にし、
   前記装置は、
   充電割り当てプロファイルに従って複数の電力消費部のうちの１つ以上に前記セグメントを接続する複数のスタック制御要素であって、前記充電割り当てプロファイルは電力消費部に割り当てられたバッテリ容量の持分を表す、前記スタック制御要素と、
   前記セグメントの少なくとも現在の測定データを取得するように前記バッテリパックに接続されたバッテリモニタと、
   前記セグメントに対して取得された前記現在の測定データに基づいて前記バッテリパックに蓄積された充電の量を測定し、前記バッテリパックが完全に充電されていないことを判定した上で前記バッテリパック内の充電の割合を決定し、前記バッテリパック内の充電の割合の前記決定に基づき、前記バッテリパック内の充電の割合が所定の閾値を超過したことを確認し、当該確認に基づいて、前記複数の電力消費部を前記バッテリパックから接続することおよび切断することの少なくとも１つを実行することによって前記複数の電力消費部の１つ以上の接続の状態を調整し、前記閾値の超過に基づいて、新しい閾値を選択し、前記新しい閾値に基づいて前記充電割り当てプロファイルを新しい充電割り当てプロファイルに変更し、前記バッテリパック内に蓄積された前記充電の量と前記新しい充電割り当てプロファイルとに基づいて前記バッテリパックの前記充電および前記放電を制御するように、前記バッテリモニタに接続されたプロセッサとを備える装置。
7. 請求項６記載の装置において、
   １つ以上の電力消費部の選択可能な範囲に電力を供給するように各セグメントを接続する複数のスタック制御要素を備えた装置。
8. 請求項６記載の装置において、
   前記運転者インターフェイスは、前記１つ以上のセグメントの範囲内で単位バッテリを再度割り当てることを可能にする装置。
9. 請求項６記載の装置において、
   セグメントの放電中、ある電力消費部は、セグメント充電割り当てプロファイルのそのエントリがゼロになったときに接続が遮断され、かつセグメントの充電中、ある電力消費部は、当該電力消費部に割り当てられた前記セグメントの充電がゼロを上回ったときにいつでも再接続される装置。
10. 請求項６記載の装置において、
    電気車両中で利用された装置。
11. バッテリパックの充電及び放電を制御する方法であって、
    充電割り当てプロファイルに従って複数の電力消費部のうちの１つ以上に単位バッテリを選択的に接続し、前記充電割り当てプロファイルは電力消費部に割り当てられたバッテリ容量の持分を表し、ここで、前記バッテリパックは、全体として充電及び放電が可能であるとともに、少なくとも１つの単位バッテリを含み、
    前記少なくとも１つの単位バッテリに対して取得された前記現在の測定データに基づいて前記バッテリパックに含まれた充電の量を測定し、
    前記バッテリパックが完全に充電されていないことを判定した上で前記バッテリパック内に保持された充電の割合を決定し、
    前記バッテリパック内で保持された充電の割合の前記決定に基づき、前記バッテリパック内の充電の割合が所定の閾値を超過したことを確認し、
    当該確認に基づいて、前記複数の電力消費部を前記バッテリパックから接続することおよび切断することの少なくとも１つを実行することによって前記複数の電力消費部の１つ以上の接続の状態を調整し、
    前記閾値の超過に基づいて、新しい閾値を選択し、
    前記新しい閾値に基づいて前記充電割り当てプロファイルを新しい充電割り当てプロファイルに変更し、
    前記バッテリパック内に蓄積された前記充電の量と前記新しい充電割り当てプロファイルとに基づいて前記バッテリパックの前記充電および前記放電を制御する、方法。
12. 請求項１１記載の方法において、
    前記新たな充電割り当てプロファイルを利用者から受け取ることと、
    前記新たな充電割り当てプロファイルを制御プロセッサから受け取ることとのうち少なくとも１つを実行する方法。
13. 請求項１１記載の方法において、
    前記バッテリパックの放電中、ある電力消費部について、充電割り当てプロファイルの当該電力消費部のエントリがゼロになったときに接続を遮断し、前記バッテリパックの充電中、ある電力消費部を、当該電力消費部に割り当てられた前記バッテリパックの充電がゼロを上回ったときにいつでも再接続する方法。
14. 請求項１１記載の方法において、
    電気車両中で利用された方法。
15. 複数の単位バッテリを有するバッテリパックの充電及び放電を制御する方法であって、
    セグメントとして電力を供給する１つ以上の単位バッテリを選択し、
    １つ以上のセグメントを確立し、かついずれの単位バッテリも２つ以上のセグメントの中で電力を供給することはなく、
    前記セグメントへの少なくとも１つの単位バッテリの追加又は除外を可能にし、
    利用者の入力をもとに充電割り当てプロファイルの変更をいつでも可能にし、
    充電割り当てプロファイルに従って複数の電力消費部のうちの１つ以上に前記セグメントを選択的に接続し、ここで、前記充電割り当てプロファイルは電力消費部に割り当てられたバッテリ容量の持分を表し、
    前記少なくとも１つのバッテリパックに対して取得された前記現在の測定データに基づいて前記バッテリパックに蓄積された充電の量を測定し、
    前記バッテリパックが完全に充電されていないことを判定した上で前記バッテリパック内に保持された充電の割合を決定し、
    前記バッテリパック内に保持された充電の割合の前記決定に基づき、前記バッテリパック内に保持された充電の割合が所定の閾値を超過したことを確認し、
    当該確認に基づいて、前記複数の電力消費部を前記バッテリパックから接続することおよび切断することの少なくとも１つを実行することによって前記複数の電力消費部の少なくとも１つ以上の接続の状態を調整し、
    前記閾値の超過に基づいて、新しい閾値を選択し、
    前記新しい閾値に基づいて前記充電割り当てプロファイルを新しい充電割り当てプロファイルに変更し、
    前記バッテリパック内に蓄積された前記充電の量と前記新しい充電割り当てプロファイルとに基づいて前記バッテリパックの前記充電および前記放電を制御する、方法。
16. 請求項１５記載の方法において、
    １つ以上の電力消費部の選択可能な範囲に電力を供給するように各セグメントを接続する方法。
17. 請求項１５記載の方法において、
    １つ以上のセグメントの範囲内で単位バッテリを再度割り当てる方法。
18. 請求項１５記載の方法において、
    セグメントの放電中、ある電力消費部について、セグメント充電割り当てプロファイルの当該電力消費部のエントリがゼロになったときに接続を遮断し、
    セグメントの充電中、ある電力消費部を、当該電力消費部に割り当てられた前記セグメントの充電がゼロを上回ったときにいつでも再接続する方法。
19. 請求項１５記載の方法において、
    電気車両中で利用された方法。
20. 請求項１記載の装置において、
    前記バッテリパックのプログレッシブな充電及び放電を達成する装置。
21. 請求項６記載の装置において、
    前記バッテリパックのプログレッシブな充電及び放電を達成する装置。
22. 請求項１１記載の方法において、
    前記バッテリパックのプログレッシブな充電を実行し、かつ、
    前記バッテリパックのプログレッシブな放電を実行する方法。
23. 請求項１５記載の方法において、
    前記バッテリパックのプログレッシブな充電を実行し、かつ、
    前記バッテリパックのプログレッシブな放電を実行する方法。
24. 請求項１記載の装置において、
    前記プロセッサは、複数の電力消費部に接続された制御要素から受け取ったデータをもとに前記バッテリパックのパフォーマンス分析を実行する装置。
25. 請求項２４記載の装置において、
    前記プロセッサは、利用者からの無線通信をもとに前記パフォーマンス分析を実行する装置。
26. 請求項２４記載の装置において、
    前記プロセッサは、前記パフォーマンス分析をもとに新たな充電割り当てプロファイルを選択する装置。
27. 請求項１記載の装置において、
    前記電力消費部は、電気車両の牽引システム、車内ヒータ、車内ライト、車外ライト、ラジオ及び娯楽装置、アクセサリソケット、ウォッシャ、ワイパ、くもり取り、並びに衛星ナビゲーション装置のうちの少なくとも１つである装置。
28. 請求項２７記載の装置において、
    前記プロセッサは、運転者インターフェイスに接続され、当該運転者インターフェイスは、無線通信を備え、当該無線通信はネットワーク接続を含む、装置。
29. 請求項１記載の装置において、
    データ収集と、データのリモート解析とを可能にする無線通信を更に備えた装置。
30. 請求項２５記載の装置において、
    利用者は、前記複数の電力消費部のうちの少なくとも１つの接続状態を、前記無線通信により遠隔調整する装置。
31. 請求項２５記載の装置において、
    前記無線通信は、前記装置の問い合わせ、更新、制御、及び充電割り当てプロファイルの割り当てのうちの少なくとも１つを可能にする装置。
32. 請求項６記載の装置において、
    前記セグメントへの前記少なくとも１つの単位バッテリの追加と、前記セグメントからの前記少なくとも１つの単位バッテリの除外とは、前記プロセッサにより実行されたパフォーマンス分析に基づき、前記パフォーマンス分析は、複数の電力消費部に接続された制御要素から受け取ったデータをもとにする装置。
33. 請求項６記載の装置において、
    一端において前記バッテリパックのそれぞれの単位バッテリに接続し、他端において前記電力消費部に接続するクロスワイヤを更に備えた装置。
34. 請求項９記載の装置において、
    前記プロセッサは、
    前記複数の電力消費部に接続された制御要素からのデータを受け取り、前記データは、
    前記制御要素の識別と、前記制御要素により受け取られる電流とのうちの少なくとも一方であり、かつ、
    前記制御要素と前記電力消費部との接続及び切断のうちの少なくとも一方に基づいて、
    前記バッテリパックと前記複数の電力消費部との接続を更新する装置。
35. 請求項１１記載の方法において、
    前記接続の状態を調整することは、前記バッテリパックからの１つの単位バッテリと、
    バッテリの組み合わせとのうちの少なくとも一方を電力線に接続するようにとの、制御プロセッサからの命令を受け取ることを含む方法。
    
36. 請求項１記載の装置において、
    前記バッテリパックの充電は、商用（グリッド）のＡＣ電力と、独立した発電機と、電気エネルギを供給し得る無線結合された場所とのうちの１つを通じてなされる装置。
37. 請求項１１記載の方法において、
    前記バッテリパックを充電することは、商用（グリッド）のＡＣ電力と、独立した発電機と、無線結合された場所とのうちの１つを通じて電気エネルギを供給することを含む方法。

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