JP2012070609A - ハイブリッドバッテリーモジュール及びバッテリーの管理方法 - Google Patents

ハイブリッドバッテリーモジュール及びバッテリーの管理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】異なる二種類のタイプの二次電池やエネルギー蓄積素子を有し、負荷が異なるパワーを要する時に、エネルギー蓄積素子の特性によって最適なエネルギー蓄積素子を選んで電力を与えるハイブリッドバッテリーモジュール及びバッテリーの管理方法を提供する。
【解決手段】第1のエネルギー蓄積ユニットと、第2のエネルギー蓄積ユニットと、充電ユニットとを備え、充電ユニットが第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットとに連接され、第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に充電パスを与え、充電ユニットによって、第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットとが互いにエネルギーを伝送することができ、最良の電力状態を維持させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリーモジュールに関し、特に電気自動車に適用するハイブリッドバッテリーモジュール及びバッテリーの管理方法に関する。
人々の環境保護と省エネルギーに対する意識は、ますます高まっており、自動車における動向は、電気自動車が未来自動車として発展し始めている。電気自動車は、都会の空気汚染を明らかに低下させると共に、低騒音、低公害、ガソリン不用等の利点がある。
電気自動車には、機械設備と電力設備と電池技術が必要であるが、その内、電池に対する技術が最も重要となっている。電気自動車のバッテリーモジュールは、自動車加速に必要な電力を供給するが、バッテリーのエネルギー密度(energy density)、パワー密度（powerdensity）及びバッテリー充放電の構造には制限があり、電気自動車用バッテリーの使用寿命向上とバッテリーモジュールの小型化という課題に直面している。
そのなか、リチウム電池は、放電容量が大きい、充電時間が短い、循環寿命が長い、変換効率に優れる等の特徴を有し、次世代の電気自動車用バッテリーとして注目されている。
二次電池（充電式電池とも言われる）は、瞬間放電能力に基づいて、パワー型（power type）二次電池とエネルギー型(energy type)二次電池とに分けることができる。
パワー型二次電池は、リチウムフェライト系やリチウムマンガン系の電池であって、比較的高い放電密度を有し、瞬間的に大きな放電が可能で、自動車を起動する時、または速度を上げる時に必要な瞬間的に大きな電気エネルギーを供給することに適している。
エネルギー型二次電池は、リチウムコバルト系の電池であって、比較的高いエネルギー密度を有し、自動車が安定走行している時に必要な安定的な電気エネルギーを供給することができ、自動車の走行距離を増加させることができる。
パワー型二次電池とエネルギー型二次電池との内部抵抗（internal resistance）または電気量は、互いに異なるため、走行中において負荷により二種類の電池を同時に充電させることができず、一方の電池だけを充電することしかできない。
これにより、パワー型二次電池の電気量が不足すると、瞬間的に大きな電力の供給ができず、エネルギー型二次電池が不足すると、安定走行時における安定的な電力の供給ができなくなる。
また、バッテリーモジュールに供給可能なエネルギーとパワーを増加させるため、一般的なバッテリーモジュールは、直列式と並列式の二種類があり、直列式のバッテリーモジュールと並列式のバッテリーモジュールには、それぞれ二組の二次電池が用いられている。
直列式のバッテリーモジュールにおいて、電力の強い一組の電池は、負荷に対して給電するために用いられ、他の一組は、負荷に対して給電することはできず、給電用の電池に対して充電を行うために用いられる。
並列式のバッテリーモジュールにおいては、二組の電池が選択的に切り換えられて負荷に対して給電を行うが、二組の電池が相互に充電することはできず、また、二組の電池が同時に負荷に対して給電することもできない。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、異なる二種類のタイプの二次電池やエネルギー蓄積素子を有し、負荷が異なるパワーを要する時に、エネルギー蓄積素子の特性によって最適なエネルギー蓄積素子を選んで電力を供給するハイブリッドバッテリーモジュール及びその方法を提供する。
例えば、電気自動車で走行中に上り坂または加速する際は、パワー型電池により出力され、一般的な走行の状態においては、エネルギー型電池により出力される。これにより、電池の損耗が避けられ、使用寿命を向上させる。また、この二種類の二次電池は、充電パスを通して相互に充電することができ、エネルギーを互いに伝送する効果が達成される。エネルギーを互いに伝送することが可能な回路設計により、本発明にかかるハイブリッドバッテリーモジュールは、常に二種類の二次電池を最適な状態に維持させ、負荷が要する電気エネルギーを供給することができる。
本発明は、第1のエネルギー蓄積ユニットと、第2のエネルギー蓄積ユニットと、充電ユニットと、給電切換ユニットとを備え、負荷端に対する給電に適用するハイブリッドバッテリーモジュールを提供する。
充電ユニットは、第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に連接され、選択的に第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に充電パスを与え、これにより、第1のエネルギー蓄積ユニットが第2のエネルギー蓄積ユニットに対して充電する、または第2のエネルギー蓄積ユニットが第1のエネルギー蓄積ユニットに対して充電することができる。
給電切換ユニットは、第1のエネルギー蓄積ユニット及び第2のエネルギー蓄積ユニットと負荷端との間に連接されることにより、負荷端を選択的に第1のエネルギー蓄積ユニットまたは第2のエネルギー蓄積ユニットに電気的に接続させ、負荷端に電気供給を行う。
本発明の実施形態では、充電ユニットが電流制限ユニットと第1スイッチとを含む。電流制限ユニットは、第1のエネルギー蓄積ユニットに連接され、充電パスに流れる電流を制限する。
第1スイッチは、電流制限ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に連接される。また、電流制限ユニットは、抵抗または双方向DC-DCコンバーター（bidirectional DC-DC converter）でよい。
給電切換ユニットは、第2スイッチと第3スイッチとを含み、第2スイッチは、第1のエネルギー蓄積ユニットと負荷端と間に連接され、第3スイッチは、第2のエネルギー蓄積ユニットと負荷端と間に連接される。
また、電流制限ユニットと給電切換ユニットは、バッテリーの管理回路で制御され、このバッテリーの管理回路は、第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットとにおける電力状態に基づいて、充電ユニットと給電切換ユニットとを制御し、給電パスと充電パスの導通を決定する。
また、本発明は、負荷端に対して電気供給を行うハイブリッドバッテリーモジュールにおけるバッテリーの管理方法を提供する。このバッテリーの管理方法は、第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットとを用意する工程と、選択的に第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のユニットとの間に充電パスを与え、第1のエネルギー蓄積ユニットが第2のエネルギー蓄積ユニットに対して充電する、または第2のエネルギー蓄積ユニットが第1のエネルギー蓄積ユニットに対して充電する工程と、負荷端を第1のエネルギー蓄積ユニットまたは第2のエネルギー蓄積ユニットに選択的に電気的に接続して負荷端に電気供給を行う工程とを含む。
本発明にかかるハイブリッドバッテリーモジュール及びバッテリーの管理方法は、二個の電池の間に選択的に導通を行う充電パスを与え、これにより、二個の電池が互いにエネルギーを伝送することにより充電可能となる。また、電流制限ユニットを利用することにより、電池の内部抵抗が異なっていることでエネルギーを転送することができない技術問題を解消できる。
本発明の実施形態1によるハイブリッドバッテリーモジュールのブロック図である。 本発明の実施形態1に基づいてパワー型二次電池とエネルギー型二次電池とを用いるハイブリッドバッテリーモジュールのブロック図である。 本発明の実施形態2によるハイブリッドバッテリーモジュールのブロック図である。 電流制限ユニット１２２を取り替えて双方DC-DCコンバーターが用いられるハイブリッドバッテリーモジュールのブロック図である。 本発明の実施形態4によるバッテリーの管理方法のフローチャートである。
（実施形態1）
図1は、本発明の実施形態1によるハイブリッドバッテリーモジュールのブロック図である。ハイブリッドバッテリーモジュール100は、負荷端101を有する。前記負荷端101は、負荷105に接続して給電することができる。
ハイブリッドバッテリーモジュール100は、給電切換ユニット110、充電ユニット120、バッテリー管理回路130、第1のエネルギー蓄積ユニット140及び第2のエネルギー蓄積ユニット150を備える。
給電切換ユニット110は、スイッチＳ2とスイッチＳ3とを有し、前記スイッチＳ2は、第1のエネルギー蓄積ユニット140と負荷端101との間に連接され、前記スイッチＳ3は、負荷端101と第2のエネルギー蓄積ユニット150との間に連接される。
充電ユニット120は、電流制限ユニット122とスイッチＳ1とを有し、電流制限ユニット122とスイッチＳ1は、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150との間に直列接続される。
バッテリー管理回路130は、第1のバッテリー管理ユニット131、第2のバッテリー管理ユニット132、制御ユニット134及び電流探査ユニット136を有する。制御ユニット134は、第1のバッテリー管理ユニット131、第2のバッテリー管理ユニット132及び電流探査ユニット136に連接される。第1のバッテリー管理ユニット131は、第1のエネルギー蓄積ユニット140にさらに連接され、第2のバッテリー管理ユニット132は、第2のエネルギー蓄積ユニット150にさらに連接される。電流探査ユニット136は、第1のエネルギー蓄積ユニット140及び第2のエネルギー蓄積ユニット150と接地GNDとの間に連接され、負荷105の他端も接地GNDに連接される。
給電切換ユニット110のスイッチＳ2とスイッチＳ3は、バッテリー管理回路130が出力する制御信号Ｐ2、Ｐ3に制御される。スイッチＳ2とスイッチＳ3とによる制御によって、給電切換ユニット110は、負荷端101を選択的に第1のエネルギー蓄積ユニット140または第2のエネルギー蓄積ユニット150に電気的に接続させて、負荷端101に給電する。スイッチＳ2が導通した時、第1のエネルギー蓄積ユニット140は、負荷端101を介して負荷105に給電することができ、スイッチＳ3が導通した時、第2のエネルギー蓄積ユニット150は、負荷端101を介して負荷105に給電することができる。
図１と併せて図２を参照しながら説明する。図2は、本発明の実施形態1に基づいてパワー型二次電池とエネルギー型二次電池とを用いたハイブリッドバッテリーモジュールのブロック図である。
本実施形態において、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150は、共に二次電池であり、例えば、第1のエネルギー蓄積ユニット140がリチウムフェライト系やリチウムマンガン系等のパワー型二次電池で、第2のエネルギー蓄積ユニット150がリチウムコバルト系等のエネルギー型二次電池であるが、これに限らない。
図1と図2との主な違いは、図2におけるパワー型二次電池240とエネルギー型二次電池250で、図1の第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150を実現している点である。
図１を参照しながら説明する。給電切換ユニット110は、負荷105の電力需要によって給電パスを切り換え、選択された第1のエネルギー蓄積ユニット140または第2のエネルギー蓄積ユニット150から負荷105に給電する。例を挙げれば、負荷105が瞬間的に大きな電気エネルギーを必要とする時、給電切換ユニット110は、給電パスを第1のエネルギー蓄積ユニット140に切り換え、負荷105が安定的な電力を必要する時、給電切換ユニット110は、給電パスを第2のエネルギー蓄積ユニット150に切り換えることができる。言い換えると、ハイブリッドバッテリーモジュール100は、負荷105の電力需要によって適当なタイプの蓄積ユニットを選んで負荷105に給電することができる。
充電ユニット120は、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150との間に連接されて、選択的に第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150との間に充電パスを与え、第1のエネルギー蓄積ユニット140が第2のエネルギー蓄積ユニット150に対して充電する、または第2のエネルギー蓄積ユニット150が第1のエネルギー蓄積ユニット140に対して充電する。
充電ユニット120中のスイッチＳ1は、バッテリー管理回路130が出力する制御信号Ｐ1に制御され、スイッチＳ1が導通した時、充電ユニット120が第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150との間に充電パスを形成し、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150とが互いに充電することができる。例を挙げて説明すると、第1のエネルギー蓄積ユニット140の電気量が比較的低下した時、第2のエネルギー蓄積ユニット150が充電パスを介して第1のエネルギー蓄積ユニット140に対して充電を行い、第2のエネルギー蓄積ユニット150の電気量が比較的低下した時、第1のエネルギー蓄積ユニット140が充電パスを介して第2のエネルギー蓄積ユニット150に対して充電を行う。
第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150が互いにエネルギーの転送を行う時、電流制限ユニット122は、充電パスに流れる電流の大きさを制限する。すなわち電流制限ユニット122とスイッチＳ1とを通過した電流を制限する。
二次電池の内部抵抗は、電池のタイプ、電気量、温度及び電池状態によって異なるため、異なる電流で充電を行うことが必要である。本実施形態では、電流制限ユニット122を用いて適切な電流に制御することでエネルギーの転送の効果を達成している。これにより、二種類の電池を直接電気的に接続させてエネルギーの相互転送を行うことができない欠点を改善している。
本実施形態における電流制限ユニット122は、インピーダンス素子（例えば、抵抗または可変抵抗）で実現することができる。特に注意すべき点は、電流制限ユニット122に用いられる抵抗値が、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150の電池タイプ及び電池状態（電力状態）によって設定されることが可能であり、電流制限ユニット122では、設定済みの固定の抵抗のみで電流を制限する効果が達成される。本発明による他の実施形態における電流制限ユニット122は、受動素子（例えば、インダクタンス、コンデンサ）やアクティブ回路（双方向DC-DCコンバーター）で実現しているが、本発明は、これに限られない。
バッテリー管理回路130は、第1のバッテリー管理ユニット131、第2のバッテリー管理ユニット132、制御ユニット134及び電流探査ユニット136からなることが可能である。
第1のバッテリー管理ユニット131と第2のバッテリー管理ユニット132は、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150との電力状態（例えば、電気量、電圧や内部抵抗等であるが、これに限られない。）を監視制御するために用いられる。
電流探査ユニット136は、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150との電流量を検知するために用いられる。
制御ユニット134は、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150との電力状態やその電流量に基づいて、充電ユニット120と給電切換ユニット110とを制御することが可能で、例えば、スイッチＳ1〜Ｓ3を制御して給電や充電の方式を決定する。
例を挙げて説明すると、第1のエネルギー蓄積ユニット140の電気量が比較的少ない、且つ第2のエネルギー蓄積ユニット150の電気量が十分な場合、バッテリー管理回路130は、スイッチＳ1を導通させ、第2のエネルギー蓄積ユニット150が第1のエネルギー蓄積ユニット140に対して充電を行う。逆に、第2のエネルギー蓄積ユニット150の電気量が比較的少ない、且つ第1のエネルギー蓄積ユニット140の電気量が十分な場合、第1のエネルギー蓄積ユニット140が第2のエネルギー蓄積ユニット150に対して充電を行う。また、第1のエネルギー蓄積ユニット140の電気量と第2のエネルギー蓄積ユニット150の電気量とがともに十分な場合、バッテリー管理回路130はスイッチＳ1をオフにする。
本実施形態による第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150は、負荷105から与えられる電力により充電を行うことも可能である。例を挙げて説明すると、スイッチＳ２が導通された時、負荷105が与える電力は、第1のエネルギー蓄積ユニット140に対して充電され、スイッチＳ3が導通された時、負荷105が与える電力は、第2のエネルギー蓄積ユニット150に対して充電される。
バッテリー管理回路130は、負荷105の電気使用状態や給電状態に合わせてスイッチＳ1〜Ｓ3を制御することができ、これにより、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150との充放電具合を調整する。以下に例を挙げて幾つかの状態に対する説明を行う。
状態（1）は、スイッチＳ1〜Ｓ3がともに導通されていない時であり、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150がともに充放電を行わない。
状態（2）は、スイッチＳ1のみが導通された時であり、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150の内、電気量の多い方が電気量の少ない方に対して充電を行う。
状態（3）は、スイッチＳ3のみが導通された時であり、第2のエネルギー蓄積ユニット150が負荷105に対して放電する、または負荷105から第2のエネルギー蓄積ユニット150に対して充電する。
状態（4）は、スイッチＳ1、Ｓ3が導通された時であり、第2のエネルギー蓄積ユニット150が負荷105に対して放電する、または負荷105から第2のエネルギー蓄積ユニット150に対して充電する、同時に、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150の内、電気量の多い方が電気量の少ない方に対して充電を行う。
状態（5）は、スイッチＳ2のみが導通された時であり、第1のエネルギー蓄積ユニット140が負荷105に対して放電する、または負荷105から第1のエネルギー蓄積ユニット140に対して充電する。
状態（6）は、スイッチＳ1、Ｓ2がオンされた時であり、第1のエネルギー蓄積ユニット140が負荷105に対して放電する、または負荷105から第1のエネルギー蓄積ユニット140に対して充電する、同時に、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150の内、電気量の多い方が電気量の少ない方に充電を行う。
注意すべき点は、本発明の実施形態では、バッテリー管理回路130は、スイッチＳ2、Ｓ3を同時に導通することがない。
また、給電が行われている際にスイッチＳ1が導通すると、エネルギーの高いエネルギー蓄積ユニットがエネルギーの低いエネルギー蓄積ユニットを補助して負荷105に給電する。これにより、エネルギー蓄積ユニットが補助し合って負荷105を作動させる効果を達成する。例を挙げて説明すると、スイッチＳ1とＳ2が導通された時、第1のエネルギー蓄積ユニット140の電気量が比較的少ない場合は、第2のエネルギー蓄積ユニット150が第1のエネルギー蓄積ユニット140に対して充電するとともに、スイッチＳ2を介して負荷105に対して給電することも可能である。つまり、第2のエネルギー蓄積ユニット150が第1のエネルギー蓄積ユニット140を補助して負荷105を作動させる。
逆に、第1のエネルギー蓄積ユニット140の電気量が比較的多い場合は、第1のエネルギー蓄積ユニット140が負荷105に対して給電するとともに、第2のエネルギー蓄積ユニット150に対して充電する。一方、スイッチＳ1とＳ3が導通された時、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150の内、電気量の多いエネルギー蓄積ユニットが電気量の少ないエネルギー蓄積ユニットに対して充電することが可能である。第2のエネルギー蓄積ユニット150の電気量が比較的少ない場合、第1のエネルギー蓄積ユニット140が第2のエネルギー蓄積ユニット150に対して充電することが可能であると共に、第2のエネルギー蓄積ユニット150を補助して負荷105を作動させることができる。
また、本実施形態によるハイブリッドバッテリーモジュールは、充電の機能を有し、スイッチＳ2が導通された時、負荷105にて発生する電力によリ、第1のエネルギー蓄積ユニット140に対して充電することが可能であり、スイッチＳ3が導通された時、負荷105にて発生する電力によリ第2のエネルギー蓄積ユニット150に対して充電することが可能である。
なお、本実施形態では、バッテリー管理回路130の機能は、主に第1のエネルギー蓄積ユニット140、第2のエネルギー蓄積ユニット150の電力状態を監視制御して、スイッチＳ1〜Ｓ3を制御することであるが、その構成は、図1に制限されるものではない。例を挙げると、図1の第1のバッテリー管理ユニット131と第2のバッテリー管理ユニット132は、単一のバッテリー管理ユニットに統合させることができる。また、第1のバッテリー管理ユニット131と第2のバッテリー管理ユニット132の機能も、制御ユニット134に含めて実現させることができる。つまり、本発明は、バッテリー管理回路130の構成及び実現方式に制限されるものではない。
注意すべき点は、充電ユニット120の主な機能は、第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150とに対して、設定に基づく選択的な充電パスを与えることにあり、その実施方式は、図1に制限されるものではない。充電ユニット120のスイッチＳ1は、他の素子（例えばマルチプレクサやＭＯＳトランジスター）に取り替えることが可能であり、充電ユニット120は、単一の素子（例えばDC-DCコンバーター）により実現することが可能である。したがって、充電ユニット120における電気回路の構成は、電流制限ユニット122とスイッチS1との組合せに制限されるものではない。また、本発明による他の実施形態では、電流制限ユニット122とスイッチS1も同一の電気回路中に統合されている。
（実施形態2）
図3は本発明の実施形態2によるハイブリッドバッテリーモジュールのブロック図である。図3と図1との主な違いは、スーパーコンデンサ（supercapacitor）340と二次電池350である。図1の第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150は、図３に示すように、スーパーコンデンサ等のエネルギー蓄積素子により実現することができる。スーパーコンデンサ340と二次電池350は、それぞれ図1の第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150を実現している。
スーパーコンデンサ340は、エネルギー蓄積と高速放電の効果があるため、スーパーコンデンサ340の容量値が十分な大きさであれば、負荷105を作動させるための大きいパワーの出力を発生することができる。スーパーコンデンサ340（大容量コンデンサとも称する）は、例えば電気二重層コンデンサー（electric double-layer capacitor）であるが、これに限定されない。
（実施形態3）
上述した図1の電流制限ユニット122には、双方向DC-DCコンバーターを用いることが可能である。
図４は、電流制限ユニット１２２を双方向DC-DCコンバーター422に置換えて用いたハイブリッドバッテリーモジュールのブロック図である。図4と図1との主な違いは双方向DC-DCコンバーター422であり、第1のエネルギー蓄積ユニット140とスイッチS1との間に連接され、パワーの変換を行う。
双方向DC-DCコンバーター422は、第1のエネルギー蓄積ユニット140、第2のエネルギー蓄積ユニット150の電気量状態（state of charge）、電池タイプと内部抵抗に基づいてパワーの出力を調整してエネルギー伝送の効果を達成する。例を挙げて説明すると、パワー型二次電池からエネルギー型二次電池に対して充電された場合、双方向DC-DCコンバーター422は、パルス幅変調（pulse width modulation）の技術を用いてパワー型二次電池からエネルギー型二次電池ヘの電気エネルギー伝送量に対して制御と調整を行う。逆に、双方向DC-DCコンバーター422は、エネルギー型二次電池からパワー型二次電池ヘの電気エネルギー伝送量に対しても制御と調整を行うことができる。
また、双方向DC-DCコンバーター422は、スイッチの機能を同時に有するため、本発明による他の実施形態では、充電ユニット120も双方向DC-DCコンバーター422により実現することができ、この場合、双方向DC-DCコンバーター422が直接第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150との間に連接され、給電パスを与えることができる。
双方向DC-DCコンバーター422の電流伝送には方向性（例えば、第1のエネルギー蓄積ユニット140から第2のエネルギー蓄積ユニット150に伝送する、または第2のエネルギー蓄積ユニット150から第1のエネルギー蓄積ユニット140に伝送する。）があるため、双方向DC-DCコンバーター422を直接充電ユニット120に置き換えて実現することが可能で、これにより、給電パスを与えるとともに電流を制限する効果を達成することができる。
双方向DC-DCコンバーター422は、両方の電流伝送を停止して第1のエネルギー蓄積ユニット140と第2のエネルギー蓄積ユニット150との間のエネルギーの伝送を停止させることができる。
（実施形態4）
上記実施形態より下記1種類のバッテリーの管理方法をまとめることができる。
図5は、本発明の実施形態4によるバッテリーの管理方法のフローチャートであり、このフローチャートは、負荷端に対する給電に適用するものである。
バッテリーの管理方法におけるステップは以下の通りである。
第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットとを用意する（ステップS510）。
第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットの充電要否を判断する（ステップS520）。
第1のエネルギー蓄積ユニットまたは第2のエネルギー蓄積ユニットの電気量が少ない場合、第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に充電パスを与えて、第1のエネルギー蓄積ユニットが第2のエネルギー蓄積ユニットに対して充電する、または第2のエネルギー蓄積ユニットが第1のエネルギー蓄積ユニットに対して充電する（ステップS530）。
上記ステップS520とS530によって、第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に選択的な充電パスが与えられ、二つのエネルギー蓄積ユニットがエネルギーを互いに伝送（充電）することができる。
負荷が要する電力によって、第1のエネルギー蓄積ユニットまたは第2のエネルギー蓄積ユニットからの給電を決定する（ステップS540）。
第1のエネルギー蓄積ユニットが選択されたとき、負荷端を第1のエネルギー蓄積ユニットに電気的に接続し、負荷端に給電する（ステップS550）。
第2のエネルギー蓄積ユニットが選択されたとき、負荷端を第2のエネルギー蓄積ユニットに電気的に接続し、負荷端に給電する（ステップS560）。
ステップS530には、第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットの電力状態に基づいて、充電パスに流れる電流を制限することをさらに含む。
上記バッテリーの管理方法は、二種類の二次電池によるハイブリッドバッテリーモジュール（上記図１〜図４に示すハイブリッドバッテリーモジュール）に適用され、充電と放電のステップを管理する。
この方法は二つのエネルギー蓄積ユニットの間に充電パスを与えることにより二つのエネルギー蓄積ユニットがエネルギーを互いに伝送可能となり、負荷が要する電気エネルギーを給電できる共に、電流制限ユニットを用いることにより、二つのエネルギー蓄積ユニットの内部抵抗が異なることに起因する、相互の電気的接続と相互の充電にかかる問題を解消できる。
この管理方法における他の詳細は、上記図１〜図４を参照して説明済みであるため、ここでは再度の説明を省略する。
注意すべき点は、上記実施形態のハイブリッドバッテリーモジュールは、電気自動車に適用され、その負荷は、例えば電気自動車におけるモーターの駆動システムまたは電力システムであるが、本発明にかかるハイブリッドバッテリーモジュールの応用分野には、制限がない。
また、上記素子間の接続関係は、直接や間接またはその両方を利用した電気的接続を含むものであり、電気信号の伝送を達成できればよく、本発明は、その接続方法に制限されない。
上記実施形態の技術手段は、組合せまたは単独で使用することができ、その素子は、機能と設計の要求に応じて増加、除去、調整、置換が可能である。
上記実施形態の説明によって、該当技術分野が属する一般の知識を持っている者であれば、その他の実施方式は、理解できるものである。よって、再度の説明は、省略する。
本発明は、タイプの異なる二種類のエネルギー蓄積ユニット間に充電パスを与え、電流制限ユニットによりその充電パスに流れる電流を制限し、二個のエネルギー蓄積ユニットが互いに充電できて、エネルギーの相互転送の効果に達する。
また、異なる負荷の需要に適用されると共に、タイプの異なる二種類の二次電池の内部抵抗が異なることに起因する電気的接続やエネルギーの相互伝送ができない欠点を解消する。
本発明の最良の実施形態は上述した通りである。本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、該当技術の分野が属する一般の知識を持っている者が、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種種に変更、調整を行うことが可能である。したがって、本発明の保護範囲は、後述する特許請求の範囲に属するものが基準である。
100 ハイブリッドバッテリーモジュール
101 負荷端
105 負荷
110 給電切換ユニット
120 充電ユニット
122 電流制限ユニット
130 バッテリー管理回路
131 第1のバッテリー管理ユニット
132 第2のバッテリー管理ユニット
134 制御ユニット
136 電流探査ユニット
140 第1のエネルギー蓄積ユニット
150 第2のエネルギー蓄積ユニット
240 パワー型二次電池
250 エネルギー型二次電池
340 スーパーコンデンサ
350 二次電池
422 双方向DC-DCコンバーター
S1、S2、S3 スイッチ
P1、P2、P3 制御信号
GND 接地

Claims (19)

  1. 負荷端に対する給電に適用するハイブリッドバッテリーモジュールにおいて、
    第1のエネルギー蓄積ユニットと、
    第2のエネルギー蓄積ユニットと、
    前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に連接され、選択的に前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に充電パスを与え、前記第1のエネルギー蓄積ユニットが前記第2のエネルギー蓄積ユニットに対して充電する、または前記第2のエネルギー蓄積ユニットが前記第1のエネルギー蓄積ユニットに対して充電する充電ユニットと、
    前記第1のエネルギー蓄積ユニット及び前記第2のエネルギー蓄積ユニットと前記負荷端との間に連接され、前記負荷端を選択的に前記第1のエネルギー蓄積ユニットまたは前記第2のエネルギー蓄積ユニットに電気的に接続させ、前記負荷端に対して給電する給電切換ユニットと、を含むことを特徴とするハイブリッドバッテリーモジュール。
  2. 前記第1のエネルギー蓄積ユニットのパワー密度が前記第2のエネルギー蓄積ユニットのパワー密度より大きく、前記第2のエネルギー蓄積ユニットのエネルギー密度が前記第1のエネルギー蓄積ユニットのエネルギー密度より大きいことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバッテリーモジュール。
  3. 前記第1のエネルギー蓄積ユニットがパワー型二次電池であって、前記第2のエネルギー蓄積ユニットがエネルギー型二次電池であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバッテリーモジュール。
  4. 前記第1のエネルギー蓄積ユニットがスーパーコンデンサであって、前記第2のエネルギー蓄積ユニットが二次電池であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバッテリーモジュール。
  5. 前記充電ユニットは、前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとの電力状態に基づいて、充電パスに流れる電流を制限することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバッテリーモジュール。
  6. 前記充電ユニットは、
    前記第1のエネルギー蓄積ユニットに連接され、充電パスに流れる電流を制限する電流制限ユニットと、
    前記電流制限ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に連接される第1スイッチと、を含むことを特徴とする請求項５に記載のハイブリッドバッテリーモジュール。
  7. 前記電流制限ユニットは、前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記第1スイッチとの間に連接されるインピーダンス素子を含むことを特徴とする請求項６に記載のハイブリッドバッテリーモジュール。
  8. 前記充電ユニットは、
    前記第1のエネルギー蓄積ユニットに連接される双方向DC-DCコンバーターと、
    前記双方向DC-DCコンバーターと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に連接される第1スイッチと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバッテリーモジュール。
  9. 前記給電切換ユニットは、
    前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記負荷端との間に連接される第2スイッチと、
    前記第2のエネルギー蓄積ユニットと前記負荷端との間に連接される第3スイッチと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバッテリーモジュール。
  10. 前記充電ユニットは、前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に連接され、選択的に前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に充電パスを与える双方向DC-DCコンバーターを含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバッテリーモジュール。
  11. 前記充電ユニットは、
    前記第1のエネルギー蓄積ユニットに連接され、充電パスに流れる電流を制限する電流制限ユニットと、
    前記電流制限ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に連接される第1スイッチと、を含み
    前記給電切換ユニットは、
    前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記負荷端との間に連接される第2スイッチと、
    前記第2のエネルギー蓄積ユニットと前記負荷端との間に連接される第3スイッチと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバッテリーモジュール。
  12. 前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットと前記充電ユニットと前記給電切換ユニットとに連接され、前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとの電力状態に基づいて、前記充電ユニットと前記給電切換ユニットとを制御するバッテリー管理ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバッテリーモジュール。
  13. 前記バッテリー管理ユニットは、
    前記第1のエネルギー蓄積ユニットに連接され、前記第1のエネルギー蓄積ユニットの電力状態を監視制御する第1のバッテリー管理ユニットと、
    前記第2のエネルギー蓄積ユニットに連接され、前記第2のエネルギー蓄積ユニットの電力状態を監視制御する第2のバッテリー管理ユニットと、
    前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとに連接され、前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとの電流量を検知する電流探査ユニットと、
    前記第1のバッテリー管理ユニットと前記第2のバッテリー管理ユニットと前記電流探査ユニットと前記充電ユニットと前記給電切換ユニットとに連接され、前記充電ユニットと前記給電切換ユニットとを制御する制御ユニットと、を含むことを特徴とする請求項１２に記載のハイブリッドバッテリーモジュール。
  14. 負荷端に対して給電するハイブリッドバッテリーモジュールの管理に適用されるバッテリーの管理方法において
    第1のエネルギー蓄積ユニットと第2のエネルギー蓄積ユニットとを用意するステップと、
    選択的に前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとの間に充電パスを与え、前記第1のエネルギー蓄積ユニットが前記第2のエネルギー蓄積ユニットに対して充電する、または前記第2のエネルギー蓄積ユニットが前記第1のエネルギー蓄積ユニットに対して充電するステップと、
    前記負荷端を前記第1のエネルギー蓄積ユニットまたは前記第2のエネルギー蓄積ユニットに電気的に接続させて前記負荷端に対して給電するステップと、を含むことを特徴とするバッテリーの管理方法。
  15. 前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとの電力状態に基づいて、充電パスに流れる電流を制限するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のバッテリーの管理方法。
  16. 前記第1のエネルギー蓄積ユニットと前記第2のエネルギー蓄積ユニットとの電力状態に基づいて、充電ユニットと給電切換ユニットとを制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のバッテリーの管理方法。
  17. 前記第1のエネルギー蓄積ユニットのパワー密度は、前記第2のエネルギー蓄積ユニットのパワー密度より大きく、前記第2のエネルギー蓄積ユニットのエネルギー密度は、前記第1のエネルギー蓄積ユニットのエネルギー密度より大きいことを特徴とする請求項１４に記載のバッテリーの管理方法。
  18. 前記第1のエネルギー蓄積ユニットがパワー型二次電池であって、前記第2のエネルギー蓄積ユニットがエネルギー型二次電池であることを特徴とする請求項１４記載のバッテリーの管理方法。
  19. 前記第1のエネルギー蓄積ユニットがスーパーコンデンサであって、前記第2のエネルギー蓄積ユニットが二次電池であることを特徴とする請求項１４に記載のバッテリーの管理方法。
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