JP2002238171A - リチウムイオン電池の非散逸的管理システムおよび方法 - Google Patents
リチウムイオン電池の非散逸的管理システムおよび方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数の充電式セルＣ１〜ｎ、前記複数の充電
式セルＣ１〜ｎの電荷を測定するための手段３と、前記
充電式セルとの間で行き来する電流を切り替えるための
スイッチマトリックス２と、セルを再充電するための電
荷を供給するための電流制御ＤＣ−ＤＣコンバータ手段
４とを有する電池パック１の充電管理システムおよび方
法を提供すること。 【解決手段】 本発明は、前記電流制御ＤＣ−ＤＣコン
バータ手段４が前記スイッチマトリックス２を介して第
１のセルＣｉ、または電池全体の電荷Ｖを放電させて、
第２のセルＣｊ、Ｃｐを直接充電し、したがって実質的
に電力散逸を避けることを特徴とする。
式セルＣ１〜ｎの電荷を測定するための手段３と、前記
充電式セルとの間で行き来する電流を切り替えるための
スイッチマトリックス２と、セルを再充電するための電
荷を供給するための電流制御ＤＣ−ＤＣコンバータ手段
４とを有する電池パック１の充電管理システムおよび方
法を提供すること。 【解決手段】 本発明は、前記電流制御ＤＣ−ＤＣコン
バータ手段４が前記スイッチマトリックス２を介して第
１のセルＣｉ、または電池全体の電荷Ｖを放電させて、
第２のセルＣｊ、Ｃｐを直接充電し、したがって実質的
に電力散逸を避けることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン
（Ｌｉ−イオン）電池に関連する電荷の管理システムな
らびに方法に関する。より詳細には、本発明は、Ｌｉ−
イオン電池パックを形成する様々なセルに関連する電荷
の管理に関する。その管理とは、制御された方法で前記
パックの電圧の高いセルから電圧の低いセルへ電荷が移
動し、そうすることにより電圧の高いセルの過電荷を散
逸させる必要をなくすように管理するものである。さら
に本発明のシステムは、望ましい結果を得るのに非常に
簡単な回路構成を利用し、前記回路はスイッチマトリッ
クスに関連する単一のＤＣ／ＤＣコンバータの使用に基
づいており、ここでＤＣ／ＤＣコンバータはセルを充電
するために内部の充電電源を用いる。本発明は、これに
限定されるわけではないが、特に宇宙産業用途に適用可
能である。
（Ｌｉ−イオン）電池に関連する電荷の管理システムな
らびに方法に関する。より詳細には、本発明は、Ｌｉ−
イオン電池パックを形成する様々なセルに関連する電荷
の管理に関する。その管理とは、制御された方法で前記
パックの電圧の高いセルから電圧の低いセルへ電荷が移
動し、そうすることにより電圧の高いセルの過電荷を散
逸させる必要をなくすように管理するものである。さら
に本発明のシステムは、望ましい結果を得るのに非常に
簡単な回路構成を利用し、前記回路はスイッチマトリッ
クスに関連する単一のＤＣ／ＤＣコンバータの使用に基
づいており、ここでＤＣ／ＤＣコンバータはセルを充電
するために内部の充電電源を用いる。本発明は、これに
限定されるわけではないが、特に宇宙産業用途に適用可
能である。
【０００２】
【従来の技術】Ｌｉ−イオン電池技術の使用は比較的新
しい。この電池を使用しようとする傾向は、知られてい
る水系セルに比べて重さおよびサイズが小さいこと、低
減された生産コストと静電容量効果のないことなど、こ
の電池の使用に関していくつかの利点があるためであ
る。これまで、この電池は特に携帯電話器、ポータブル
コンピュータ、ビデオレコーダおよび電気自動車に用い
られてきた。
しい。この電池を使用しようとする傾向は、知られてい
る水系セルに比べて重さおよびサイズが小さいこと、低
減された生産コストと静電容量効果のないことなど、こ
の電池の使用に関していくつかの利点があるためであ
る。これまで、この電池は特に携帯電話器、ポータブル
コンピュータ、ビデオレコーダおよび電気自動車に用い
られてきた。
【０００３】Ｌｉ−イオン電池は通常、電池全体として
の電圧を得るために直列接続で配列された一連のセルを
含む。電池容量は第１に個々のセル容量によりまた第２
に個々のセルの並列の数により定められる。
の電圧を得るために直列接続で配列された一連のセルを
含む。電池容量は第１に個々のセル容量によりまた第２
に個々のセルの並列の数により定められる。
【０００４】Ｌｉ−イオンセルは古典的な電池セルに比
べて特殊な制約がある。すなわち、使用中に、セルの電
荷がある特定の最小電圧より低下せずまたある特定の最
大電圧を超えないように、セルの電荷は制御されねばな
らない。したがって、各セルには最小電荷および最大電
荷の間の許容充電範囲がある。セルのこの許容充電範囲
を外れることは、下限（最小）を下回っても上限（最
大）を超えてもセルを破壊する可能性がある。
べて特殊な制約がある。すなわち、使用中に、セルの電
荷がある特定の最小電圧より低下せずまたある特定の最
大電圧を超えないように、セルの電荷は制御されねばな
らない。したがって、各セルには最小電荷および最大電
荷の間の許容充電範囲がある。セルのこの許容充電範囲
を外れることは、下限（最小）を下回っても上限（最
大）を超えてもセルを破壊する可能性がある。
【０００５】したがって、セル電荷の正確な測定に基づ
いて個々のセルの電荷を制御するためのＬｉ−イオン電
池の管理手順を提供することが求められている。このよ
うな手順は原理的に以下の基準に基づくであろう。すな
わち、セルの電荷がある特定の値を超えた場合、セルは
放電させなければならず、また同様に、電荷がある特定
の最小値に達した場合、セルは充電されなければならな
い。この手順は基本的に当技術分野で知られている電池
管理の古典的手法である。これらの手法は通常、高い電
圧値をもつセルに見出される過電荷をいわゆるブリーダ
抵抗器に散逸させることに基づいている。この手法の主
な欠点は、熱散逸が増加してしまいその結果、太陽電池
パネルにより生み出されるエネルギーの活用に関しては
システム効率が劣ることになるということである。
いて個々のセルの電荷を制御するためのＬｉ−イオン電
池の管理手順を提供することが求められている。このよ
うな手順は原理的に以下の基準に基づくであろう。すな
わち、セルの電荷がある特定の値を超えた場合、セルは
放電させなければならず、また同様に、電荷がある特定
の最小値に達した場合、セルは充電されなければならな
い。この手順は基本的に当技術分野で知られている電池
管理の古典的手法である。これらの手法は通常、高い電
圧値をもつセルに見出される過電荷をいわゆるブリーダ
抵抗器に散逸させることに基づいている。この手法の主
な欠点は、熱散逸が増加してしまいその結果、太陽電池
パネルにより生み出されるエネルギーの活用に関しては
システム効率が劣ることになるということである。
【０００６】電池（またはセル）の電荷の管理中におけ
る熱散逸を避ける試みが当技術分野において行われてき
た。この種の２、３の手法が、ＩＥＥＥにより刊行さ
れ、Ｎ．Ｈ．Ｋｕｔｋｕｔ等により「Ｄｙｎａｍｉｃ
ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆ
ｏｒ ｓｅｒｉｅｓ ｂａｔｔｅｒｙ ｓｔａｃｋｓ
（直列電池スタックの動的均等化技術）」という表題
で、１９９６年１０月６〜１０日に米国のマサチューセ
ッツ州ボストンで開かれた第１８回Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｅ
ｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＩＮＴＥＬＥＣ）
で提出された論説中の５１５〜５２１ページに示唆され
ており、この内容を参照により本明細書に組み込む。
る熱散逸を避ける試みが当技術分野において行われてき
た。この種の２、３の手法が、ＩＥＥＥにより刊行さ
れ、Ｎ．Ｈ．Ｋｕｔｋｕｔ等により「Ｄｙｎａｍｉｃ
ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆ
ｏｒ ｓｅｒｉｅｓ ｂａｔｔｅｒｙ ｓｔａｃｋｓ
（直列電池スタックの動的均等化技術）」という表題
で、１９９６年１０月６〜１０日に米国のマサチューセ
ッツ州ボストンで開かれた第１８回Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｅ
ｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＩＮＴＥＬＥＣ）
で提出された論説中の５１５〜５２１ページに示唆され
ており、この内容を参照により本明細書に組み込む。
【０００７】前記文献に教示される手法の１つによれ
ば、電荷の均一化は各電池セルのすべてに個別の電流制
御ＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを用いることにより
達成される。この解決法に関連する欠点は電池セルと同
じくらい多数のコンバータを用いることであり、これは
回路の複雑さおよびコストを実質的に増大させる。
ば、電荷の均一化は各電池セルのすべてに個別の電流制
御ＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを用いることにより
達成される。この解決法に関連する欠点は電池セルと同
じくらい多数のコンバータを用いることであり、これは
回路の複雑さおよびコストを実質的に増大させる。
【０００８】同じ文献で示唆される別の手法は、多巻線
変圧器と共に集中コンバータを用いる。この解決法もま
た、含まれる回路が複雑でまたコストが高いという欠点
をもつ。
変圧器と共に集中コンバータを用いる。この解決法もま
た、含まれる回路が複雑でまたコストが高いという欠点
をもつ。
【０００９】前記文献により示唆される従来技術のさら
なる解決法は、本発明により提示される解決法とは異な
る手法に関係する。
なる解決法は、本発明により提示される解決法とは異な
る手法に関係する。
【００１０】米国特許第５６５６９１５号は、電池パッ
ク内の予め選択されたセルグループに電流を流すスイッ
チの配置を利用する電池管理の配置構成を開示してい
る。充電する必要のあるセルグループはここではスイッ
チの配置を介して充電電源に接続される。この文献の教
示と本発明のそれとの間に存在する相違のひとつに、従
来技術の文献における配置は集合的な方法でセルの平衡
化を意図している、すなわち充電は前もって選択された
セルグループに対して実施され、個々のセルに対してで
はないという事実を挙げることができる。さらに、米国
特許出願第５６５６９１５号の教示によれば、大きな電
荷をもつセルから得られる過電荷は電荷の少ないセルに
直接充電されるのではなく、過電荷はパワーバスを介し
て外部ＲＣ回路に放電されそして放電されると、電荷の
大きなセルグループは切り離される。次に電荷の少ない
セルグループがパワーバスを介してＲＣ回路に接続さ
れ、この新しい接続によりそこにエネルギーが移され
る。したがって、電荷の大きなセルが放電し電荷の少な
いセルを充電する間の時間だけエネルギーをＲＣ回路に
貯えることによって、ＲＣ回路内で、ある量の熱損失が
あるはずである。一方ではエネルギー損失をなくそうと
しており、また他方熱を発生するどのようなエネルギー
散逸も非常に望ましくないので、この欠点は宇宙での適
用においては非常に問題である。最後に、前記文献に開
示される全体としてのシステムは比較的複雑であるとい
うことに注意すべきである。
ク内の予め選択されたセルグループに電流を流すスイッ
チの配置を利用する電池管理の配置構成を開示してい
る。充電する必要のあるセルグループはここではスイッ
チの配置を介して充電電源に接続される。この文献の教
示と本発明のそれとの間に存在する相違のひとつに、従
来技術の文献における配置は集合的な方法でセルの平衡
化を意図している、すなわち充電は前もって選択された
セルグループに対して実施され、個々のセルに対してで
はないという事実を挙げることができる。さらに、米国
特許出願第５６５６９１５号の教示によれば、大きな電
荷をもつセルから得られる過電荷は電荷の少ないセルに
直接充電されるのではなく、過電荷はパワーバスを介し
て外部ＲＣ回路に放電されそして放電されると、電荷の
大きなセルグループは切り離される。次に電荷の少ない
セルグループがパワーバスを介してＲＣ回路に接続さ
れ、この新しい接続によりそこにエネルギーが移され
る。したがって、電荷の大きなセルが放電し電荷の少な
いセルを充電する間の時間だけエネルギーをＲＣ回路に
貯えることによって、ＲＣ回路内で、ある量の熱損失が
あるはずである。一方ではエネルギー損失をなくそうと
しており、また他方熱を発生するどのようなエネルギー
散逸も非常に望ましくないので、この欠点は宇宙での適
用においては非常に問題である。最後に、前記文献に開
示される全体としてのシステムは比較的複雑であるとい
うことに注意すべきである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】したがって、複雑な回
路を用いる必要がない効率的で非散逸的な方式でのＬｉ
−イオン電池セルの電池充電管理を提供することが望ま
れる。
路を用いる必要がない効率的で非散逸的な方式でのＬｉ
−イオン電池セルの電池充電管理を提供することが望ま
れる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的は、本発明によ
って提示される解決法を用いることにより達成される。
本発明によれば所定の上限値を超える電荷をもつ電池セ
ルから所定の下限値よりも小さい電荷をもつセルへと充
電が行われる。したがって過電荷は、電荷の大きいセル
から電荷の小さいセルへと、熱として散逸されることな
く移動される。
って提示される解決法を用いることにより達成される。
本発明によれば所定の上限値を超える電荷をもつ電池セ
ルから所定の下限値よりも小さい電荷をもつセルへと充
電が行われる。したがって過電荷は、電荷の大きいセル
から電荷の小さいセルへと、熱として散逸されることな
く移動される。
【００１３】この解決法は、セル間で電荷を移動させる
ように単一のＤＣ／ＤＣコンバータを利用する簡単な回
路構成により達成され、セル間の電荷移動はスイッチマ
トリックスを利用することにより実施され、スイッチマ
トリックスはＤＣ／ＤＣコンバータを介して適切なセル
の間に接続を確立して電荷移動を可能にする。
ように単一のＤＣ／ＤＣコンバータを利用する簡単な回
路構成により達成され、セル間の電荷移動はスイッチマ
トリックスを利用することにより実施され、スイッチマ
トリックスはＤＣ／ＤＣコンバータを介して適切なセル
の間に接続を確立して電荷移動を可能にする。
【００１４】さらに、同じスイッチマトリックスはま
た、以下にさらに説明される電荷測定手段と協働して個
々のセル電荷の測定に用いられる。前記測定は簡単なア
ルゴリスムを用いて実施され、それによりすべてのセル
は連続的に前記電荷測定手段による測定対象となる。し
たがって、所与の短い時間に各セルの電荷の状態をマッ
ピングすることが可能となる。
た、以下にさらに説明される電荷測定手段と協働して個
々のセル電荷の測定に用いられる。前記測定は簡単なア
ルゴリスムを用いて実施され、それによりすべてのセル
は連続的に前記電荷測定手段による測定対象となる。し
たがって、所与の短い時間に各セルの電荷の状態をマッ
ピングすることが可能となる。
【００１５】得られたマッピング情報に基づいて、過電
荷のセルから、電荷が少なくしたがって充電される必要
があるセルへと電荷移動が行われる。
荷のセルから、電荷が少なくしたがって充電される必要
があるセルへと電荷移動が行われる。
【００１６】したがって、本発明の１つの目的は、複数
の充電式セルを有する電池パックの電荷を管理するため
のシステムを提供することであり、このシステムは前記
複数の充電式セルの各々の電荷を測定するための手段
と、前記複数の充電式セルの各々との間で行き来する電
流を切り替えるためのスイッチマトリックスと、セルを
再充電するために電荷を供給するための電流制御ＤＣ／
ＤＣコンバータ手段とを含み、前記電流制御ＤＣ／ＤＣ
コンバータ手段が、第１のセルから、または電池全体か
ら電荷を取り出すように構成されており、前記スイッチ
マトリックスを介して第２のセルに直接充電することを
特徴とする。
の充電式セルを有する電池パックの電荷を管理するため
のシステムを提供することであり、このシステムは前記
複数の充電式セルの各々の電荷を測定するための手段
と、前記複数の充電式セルの各々との間で行き来する電
流を切り替えるためのスイッチマトリックスと、セルを
再充電するために電荷を供給するための電流制御ＤＣ／
ＤＣコンバータ手段とを含み、前記電流制御ＤＣ／ＤＣ
コンバータ手段が、第１のセルから、または電池全体か
ら電荷を取り出すように構成されており、前記スイッチ
マトリックスを介して第２のセルに直接充電することを
特徴とする。
【００１７】本発明の一態様によれば、電池パックの前
記第１のセルの充電レベルは所定の第１のレベルより高
い。
記第１のセルの充電レベルは所定の第１のレベルより高
い。
【００１８】本発明の別の態様によれば、電池パックの
前記第２のセルの充電レベルは所定の第２のレベルより
低い。
前記第２のセルの充電レベルは所定の第２のレベルより
低い。
【００１９】本発明のさらなる態様によれば、前記電流
制御ＤＣ／ＤＣコンバータ手段は前記スイッチマトリッ
クスを介してセルから電気エネルギーを取り出すように
構成されている。
制御ＤＣ／ＤＣコンバータ手段は前記スイッチマトリッ
クスを介してセルから電気エネルギーを取り出すように
構成されている。
【００２０】本発明のさらに別の態様によれば、前記ス
イッチマトリックスは前記電荷測定手段と協働して個々
のセル電荷の測定に用いられる。
イッチマトリックスは前記電荷測定手段と協働して個々
のセル電荷の測定に用いられる。
【００２１】本発明のさらに別の態様によれば、本発明
のスイッチマトリックスは、セルの電荷を平衡にするた
めの第１のスイッチマトリックス部と、電荷測定手段が
測定を行うための接続を提供するための第２のスイッチ
マトリックス部とを有する。
のスイッチマトリックスは、セルの電荷を平衡にするた
めの第１のスイッチマトリックス部と、電荷測定手段が
測定を行うための接続を提供するための第２のスイッチ
マトリックス部とを有する。
【００２２】本発明のさらに別の態様によれば、前記電
池セルはリチウム−イオン材料からなる。
池セルはリチウム−イオン材料からなる。
【００２３】本発明の別の目的は、本発明のシステムに
おいて開示されるようなスイッチマトリックスを提供す
ることである。
おいて開示されるようなスイッチマトリックスを提供す
ることである。
【００２４】本発明の別の目的は、複数の充電式セルを
もつ電池パックの電荷を管理する方法を提供することで
あり、前記複数の充電式セルの各々の電荷を測定するス
テップと、スイッチマトリックスにより前記複数の再充
電式セルとのそれぞれの間で電流を切り替えるステップ
と、電流制御ＤＣ／ＤＣコンバータ手段によりセルを再
充電するための電荷を供給するステップとを有し、前記
電流制御ＤＣ／ＤＣコンバータ手段が第１のセル、また
は電池全体から電荷を取り出し、前記スイッチマトリッ
クスを介して第２のセルに直接前記電荷を充電すること
に特徴がある。
もつ電池パックの電荷を管理する方法を提供することで
あり、前記複数の充電式セルの各々の電荷を測定するス
テップと、スイッチマトリックスにより前記複数の再充
電式セルとのそれぞれの間で電流を切り替えるステップ
と、電流制御ＤＣ／ＤＣコンバータ手段によりセルを再
充電するための電荷を供給するステップとを有し、前記
電流制御ＤＣ／ＤＣコンバータ手段が第１のセル、また
は電池全体から電荷を取り出し、前記スイッチマトリッ
クスを介して第２のセルに直接前記電荷を充電すること
に特徴がある。
【００２５】本発明の別の態様によれば、電池パックの
電荷の管理方法が提供され、該電池パックにおいて前記
電流制御ＤＣ／ＤＣコンバータ手段は前記スイッチマト
リックスを介してセルから電気エネルギーを引き出す。
電荷の管理方法が提供され、該電池パックにおいて前記
電流制御ＤＣ／ＤＣコンバータ手段は前記スイッチマト
リックスを介してセルから電気エネルギーを引き出す。
【００２６】本発明のさらに別の態様によれば、前記ス
イッチマトリックスは前記電荷測定手段と協働して個々
のセルの電荷を測定する。
イッチマトリックスは前記電荷測定手段と協働して個々
のセルの電荷を測定する。
【００２７】本発明のこれらのおよびさらなる利点は、
添付図の助けにより特許請求の範囲と同様に、以下の記
載においてより詳細に説明される。
添付図の助けにより特許請求の範囲と同様に、以下の記
載においてより詳細に説明される。
【００２８】
【発明の実施の形態】図１に示される概略図によれば、
電池パック１は直列接続で配列された複数のセルＣ
１〜ｎをもつ。この電池パック１は、複数のスイッチＳ
１〜ｍをもつスイッチマトリックス２と、両方向矢印に
より図に示されるように双方向接続している。このスイ
ッチマトリックスは、リレーマトリックスによるかまた
は他の知られているスイッチイングデバイスにより実施
できる。
電池パック１は直列接続で配列された複数のセルＣ
１〜ｎをもつ。この電池パック１は、複数のスイッチＳ
１〜ｍをもつスイッチマトリックス２と、両方向矢印に
より図に示されるように双方向接続している。このスイ
ッチマトリックスは、リレーマトリックスによるかまた
は他の知られているスイッチイングデバイスにより実施
できる。
【００２９】上記でさらに論じたように、正常な作動中
にはセルの電荷は、セルの電荷がある特定の最小値より
小さくならずまたある特定の最大値を超えないように制
御されねばならない。したがって、セルが過充電または
充電不足状態にならないように、簡便な方法で各セルの
充電レベルを測定することが必要とされる。
にはセルの電荷は、セルの電荷がある特定の最小値より
小さくならずまたある特定の最大値を超えないように制
御されねばならない。したがって、セルが過充電または
充電不足状態にならないように、簡便な方法で各セルの
充電レベルを測定することが必要とされる。
【００３０】電荷測定手段３はセルの電荷を測定するの
に用いられる。前記電荷測定手段３は、スイッチマトリ
ックス２を介して各セルに選択的に接続することにより
各セルの電荷を測定する。電荷測定手段３はセルＣ
１〜ｎの電荷を連続的に測定し、所与の時間で各セルの
電荷の状態をマッピングする。スイッチマトリックスは
また電流制御ＤＣ／ＤＣコンバータ手段４と双方向接続
している。
に用いられる。前記電荷測定手段３は、スイッチマトリ
ックス２を介して各セルに選択的に接続することにより
各セルの電荷を測定する。電荷測定手段３はセルＣ
１〜ｎの電荷を連続的に測定し、所与の時間で各セルの
電荷の状態をマッピングする。スイッチマトリックスは
また電流制御ＤＣ／ＤＣコンバータ手段４と双方向接続
している。
【００３１】この配置構成で、本発明による電荷管理プ
ロセスは好ましくは以下の方法で実施される。
ロセスは好ましくは以下の方法で実施される。
【００３２】各セルの電荷のマッピングに基づいて、あ
るセルが所定の低い方の値よりも小さい電荷をもち、ま
たその他のセルが所定の高い方の値を超える電荷をもつ
ことが検出される。
るセルが所定の低い方の値よりも小さい電荷をもち、ま
たその他のセルが所定の高い方の値を超える電荷をもつ
ことが検出される。
【００３３】図１において、セルＣｊは所定の低い方の
値よりも低い充電レベルにあり、このため前記セルは充
電される必要があると仮定されている。セルＣｊの低い
充電レベルは、スイッチマトリックス２を介して電池パ
ックのすべてのセルの電荷を読み取る電荷測定手段３に
より検出される。電荷測定手段３はまた、過電荷、すな
わち所定の高い方の値を超える電荷をもつセルＣｉを検
出する。この情報は知られている方法で、簡便のために
図には示されていない中央演算処理ユニットに送られ
る。次にスイッチマトリックス２は、過電荷セルＣｉか
ら電流制御ＤＣ−ＤＣコンバータ手段４への適切な第１
の単一スイッチＳｋを閉じることにより第１の接続を、
同様に電流制御ＤＣ−ＤＣコンバータ手段４から前記所
定のレベルよりも小さい電荷をもつことが検出されたセ
ルＣｊへの第２の単一スイッチＳｌを閉じることにより
第２の接続を形成する。この方法では、接続は、過電荷
セルＣｉからスイッチＳｋを介して電流制御ＤＣ−ＤＣ
コンバータ手段４へと、また電流制御ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ手段４から、スイッチＳｌを介して充電される必要
があるセルＣｊへと形成される。したがって、充電はＣ
ｉからＣｊに行われる。充電電流は受ける側のセルＣｊ
の充電レベルが許容範囲内の値に充電されるまで流れ続
ける。
値よりも低い充電レベルにあり、このため前記セルは充
電される必要があると仮定されている。セルＣｊの低い
充電レベルは、スイッチマトリックス２を介して電池パ
ックのすべてのセルの電荷を読み取る電荷測定手段３に
より検出される。電荷測定手段３はまた、過電荷、すな
わち所定の高い方の値を超える電荷をもつセルＣｉを検
出する。この情報は知られている方法で、簡便のために
図には示されていない中央演算処理ユニットに送られ
る。次にスイッチマトリックス２は、過電荷セルＣｉか
ら電流制御ＤＣ−ＤＣコンバータ手段４への適切な第１
の単一スイッチＳｋを閉じることにより第１の接続を、
同様に電流制御ＤＣ−ＤＣコンバータ手段４から前記所
定のレベルよりも小さい電荷をもつことが検出されたセ
ルＣｊへの第２の単一スイッチＳｌを閉じることにより
第２の接続を形成する。この方法では、接続は、過電荷
セルＣｉからスイッチＳｋを介して電流制御ＤＣ−ＤＣ
コンバータ手段４へと、また電流制御ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ手段４から、スイッチＳｌを介して充電される必要
があるセルＣｊへと形成される。したがって、充電はＣ
ｉからＣｊに行われる。充電電流は受ける側のセルＣｊ
の充電レベルが許容範囲内の値に充電されるまで流れ続
ける。
【００３４】図２は本発明の代替実施形態を表す。この
図では図１で表示されたものと同じ部分に同じ参照番号
が与えられている。同様に、セルＣ１〜ｎの電荷を測定
する方法は、図１の実施形態に関して記載されたよう
に、スイッチマトリックス２を介して電荷測定手段３を
用いて実施される。
図では図１で表示されたものと同じ部分に同じ参照番号
が与えられている。同様に、セルＣ１〜ｎの電荷を測定
する方法は、図１の実施形態に関して記載されたよう
に、スイッチマトリックス２を介して電荷測定手段３を
用いて実施される。
【００３５】図２において、参照符号Ｃｐをもつセルの
充電レベルは所定の低い方の値よりも低い。しかしこの
実施形態においては、前記セルＣｐは電池全体の電荷か
ら得られる充電電流を受けるのであり個々のセルからで
はない。図２に明確に示されるように、電流制御ＤＣ−
ＤＣコンバータ手段４は、電池全体の電荷の出力端子Ｖ
に直接接続されており、そこからスイッチマトリックス
の閉じられたスイッチＳｑを介して充電されるべきセル
Ｃｐを充電する。
充電レベルは所定の低い方の値よりも低い。しかしこの
実施形態においては、前記セルＣｐは電池全体の電荷か
ら得られる充電電流を受けるのであり個々のセルからで
はない。図２に明確に示されるように、電流制御ＤＣ−
ＤＣコンバータ手段４は、電池全体の電荷の出力端子Ｖ
に直接接続されており、そこからスイッチマトリックス
の閉じられたスイッチＳｑを介して充電されるべきセル
Ｃｐを充電する。
【００３６】この場合、電流制御ＤＣ−ＤＣコンバータ
４の入力側は電池の全電圧Ｖに固定され、このため切り
替える必要がない。
４の入力側は電池の全電圧Ｖに固定され、このため切り
替える必要がない。
【００３７】図３は本発明の別の代替実施形態を表す。
再び、この図では図１に表されたものと同じ部分に同じ
参照符号が与えられている。しかし、この実施形態にお
けるスイッチマトリックスは２つの部分２および２’を
有する。図３の実施形態によれば、第１のスイッチマト
リックス部２は、電荷を平衡にするプロセスのために電
池セルＣ１〜ｎ間での往復の接続を担う複数のスイッチ
を有し、一方第２のスイッチマトリックス部２’は電荷
測定手段３が測定を行うための接続を提供するために用
いられる。
再び、この図では図１に表されたものと同じ部分に同じ
参照符号が与えられている。しかし、この実施形態にお
けるスイッチマトリックスは２つの部分２および２’を
有する。図３の実施形態によれば、第１のスイッチマト
リックス部２は、電荷を平衡にするプロセスのために電
池セルＣ１〜ｎ間での往復の接続を担う複数のスイッチ
を有し、一方第２のスイッチマトリックス部２’は電荷
測定手段３が測定を行うための接続を提供するために用
いられる。
【００３８】別の手法として、前記いずれの実施形態に
おいても、電流制御ＤＣ−ＤＣコンバータは全電池パッ
クに過電荷を与えることもできる。
おいても、電流制御ＤＣ−ＤＣコンバータは全電池パッ
クに過電荷を与えることもできる。
【００３９】さらに、電荷測定において共通モード電圧
を抑えるために、フライングコンデンサを電荷測定手段
３と並列に接続することもできる。
を抑えるために、フライングコンデンサを電荷測定手段
３と並列に接続することもできる。
【００４０】本発明により提示される解決法は実質的に
電力の散逸を低減する利点があり、これはシステムの効
率を増しまた熱の問題を低減する。さらに、本発明によ
る解決法は、１つの単一ＤＣ／ＤＣコンバータを用いる
だけであるから電池管理の複雑さを低減することを可能
にする。
電力の散逸を低減する利点があり、これはシステムの効
率を増しまた熱の問題を低減する。さらに、本発明によ
る解決法は、１つの単一ＤＣ／ＤＣコンバータを用いる
だけであるから電池管理の複雑さを低減することを可能
にする。
【図１】本発明による電池管理システムの第１の実施形
態の概略図である。
態の概略図である。
【図２】本発明による電池管理システムの代替実施形態
の概略図である。
の概略図である。
【図３】本発明による電池管理システムの別の代替実施
形態の概略図である。
形態の概略図である。
１ 電池パック ２、２’ スイッチマトリックス ３ 電荷測定手段 ４ 電流制御ＤＣ／ＤＣコンバータ手段 Ｃ１〜ｎ セル Ｃｉ 過電荷セル Ｃｊ、Ｃｐ 充電不足セル Ｓ１〜ｍ スイッチ Ｓｋ Ｃｉから手段４へのスイッチ Ｓｌ、Ｓｑ 手段４からＣｊへのスイッチ Ｖ 電池全体の電荷の出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G003 BA02 CA11 CC02 DA07 EA09 FA08 GB03 5H030 AA03 AA04 BB01 BB21 FF43 FF44
Claims (11)
- 【請求項１】 複数の充電式セル（Ｃ１〜ｎ）を有する
電池パック（１）の電荷を管理するためのシステムであ
って、該システムは、前記複数の充電式セル
（Ｃ１〜ｎ）の各々の電荷を測定するための手段（３）
と、前記複数の充電式セルの各々との間で行き来する電
流を切り替えるためのスイッチマトリックス（２）と、
セルを再充電するための電荷を供給するための電流制御
ＤＣ−ＤＣコンバータ手段（４）とを有し、前記電流制
御ＤＣ−ＤＣコンバータ手段（４）が、第１のセル（Ｃ
ｉ）から、または電池全体の電荷（Ｖ）から電荷を取り
出すように構成されており、該電流制御ＤＣ−ＤＣコン
バータ手段（４）が前記スイッチマトリックス（２）を
介して前記電荷を第２のセル（Ｃｊ、Ｃｐ）に直接移送
することを特徴とする、電荷を管理するためのシステ
ム。 - 【請求項２】 電池パック（１）の前記第１のセル（Ｃ
ｉ）が、所定の第１のレベルよりも高い充電レベルを有
する請求項１に記載のシステム。 - 【請求項３】 電池パック（１）の前記第２のセル（Ｃ
ｊ、Ｃｐ）が、所定の第２のレベルよりも低い充電レベ
ルを有する請求項１または２に記載のシステム。 - 【請求項４】 前記電流制御ＤＣ−ＤＣコンバータ手段
（４）が、前記スイッチマトリックス（２）を介してセ
ルから電気エネルギーを引き出すように構成されている
請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。 - 【請求項５】 前記スイッチマトリックス（２）が、前
記電荷測定手段（３）と協働して個々のセル電荷の測定
に用いられる請求項１から４のいずれか一項に記載のシ
ステム。 - 【請求項６】 前記スイッチマトリックスが、セルの電
荷を平衡にするための第１のスイッチマトリックス部
（２）と、電荷測定手段が測定を行うための接続を提供
するための第２のスイッチマトリックス部（２’）とを
有する請求項１から５のいずれか一項に記載のシステ
ム。 - 【請求項７】 前記電池セル（Ｃ１〜ｎ）がリチウムイ
オン材料からなる請求項１から６のいずれか一項に記載
のシステム。 - 【請求項８】 請求項１または６のシステムにおいて開
示されたスイッチマトリックス。 - 【請求項９】 複数の充電式セル（Ｃ１〜ｎ）を有する
電池パック（１）の電荷を管理する方法であって、前記
複数の充電式セル（Ｃ１〜ｎ）の各々の電荷を測定する
ステップと、スイッチマトリックス（２）によって前記
複数の充電式セルの各々との間で行き来する電流を切り
替えるステップと、電流制御ＤＣ−ＤＣコンバータ手段
（４）によってセル（Ｃｊ、Ｃｐ）を再充電するために
電荷を供給するステップとを有し、前記電流制御ＤＣ−
ＤＣコンバータ手段（４）が、前記第１のセル（Ｃｉ）
から、または電池全体の電荷（Ｖ）から電荷を取り出
し、該電流制御ＤＣ−ＤＣコンバータ手段（４）が前記
スイッチマトリックス（２）を介して前記電荷を第２の
セル（Ｃｊ、Ｃｐ）に直接移送することを特徴とする、
電荷を管理する方法。 - 【請求項１０】 前記電流制御ＤＣ−ＤＣコンバータ手
段（４）が前記スイッチマトリックス（２）を介してセ
ル（Ｃ１〜ｎ）から電気エネルギーを引き出す請求項９
に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記スイッチマトリックス（２）が、
前記電荷測定手段（３）と協働して個々のセルの電荷を
測定する請求項９または１０に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP00403573.9 | 2000-12-18 | ||
| EP00403573 | 2000-12-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002238171A true JP2002238171A (ja) | 2002-08-23 |
Family
ID=8173989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001373733A Withdrawn JP2002238171A (ja) | 2000-12-18 | 2001-12-07 | リチウムイオン電池の非散逸的管理システムおよび方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002238171A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7193392B2 (en) | 2002-11-25 | 2007-03-20 | Tiax Llc | System and method for determining and balancing state of charge among series connected electrical energy storage units |
| JP2012524516A (ja) * | 2009-04-16 | 2012-10-11 | ヴァレンス テクノロジー インコーポレーテッド | 電池システムおよび動作方法 |
| WO2013140894A1 (ja) * | 2012-03-22 | 2013-09-26 | 日本電気株式会社 | 調整装置、組電池装置および調整方法 |
| JP2021027706A (ja) * | 2019-08-06 | 2021-02-22 | ダイハツ工業株式会社 | 電池システム |
-
2001
- 2001-12-07 JP JP2001373733A patent/JP2002238171A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7193392B2 (en) | 2002-11-25 | 2007-03-20 | Tiax Llc | System and method for determining and balancing state of charge among series connected electrical energy storage units |
| US7245108B2 (en) | 2002-11-25 | 2007-07-17 | Tiax Llc | System and method for balancing state of charge among series-connected electrical energy storage units |
| US7378818B2 (en) | 2002-11-25 | 2008-05-27 | Tiax Llc | Bidirectional power converter for balancing state of charge among series connected electrical energy storage units |
| JP2012524516A (ja) * | 2009-04-16 | 2012-10-11 | ヴァレンス テクノロジー インコーポレーテッド | 電池システムおよび動作方法 |
| WO2013140894A1 (ja) * | 2012-03-22 | 2013-09-26 | 日本電気株式会社 | 調整装置、組電池装置および調整方法 |
| JPWO2013140894A1 (ja) * | 2012-03-22 | 2015-08-03 | 日本電気株式会社 | 調整装置、組電池装置および調整方法 |
| US9472960B2 (en) | 2012-03-22 | 2016-10-18 | Nec Corporation | Regulating device, battery assembly device and regulating method |
| JP2021027706A (ja) * | 2019-08-06 | 2021-02-22 | ダイハツ工業株式会社 | 電池システム |
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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