JP2014512636A - セルを個別管理するバッテリー - Google Patents
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Abstract
Description
前記少なくとも一つのスイッチは、
− バッテリーのある特定のセルを接続するあるいは接続を切るためのセルスイッチ
− バッテリーのある特定のセルをバイパスする又はしないようにするための並列スイッチ
− バッテリーの一つのモジュールをバイパスする又はしないようにするためのモジュールスイッチ
− バッテリーの複数のモジュールを同時にバイパスする又はしないようにするためのスイッチ
− バッテリーの出力電圧を反転させる又はしないようにするためのスイッチ
− バッテリーのいくつかの下位部分を直列配置又は並列配置にするための直列/並列反転スイッチ
− 二つのセルを直列又は並列に配置するための追加スイッチ
のうちのいずれかとすることができる。
本発明のこれらの目的、特徴及び長所は添付の図面を参照して行う非限定的な個別の実施形態についての以下の記述において詳細に説明する。
以下の図においては、説明を簡単にする目的から、本発明の各実施形態において同一又は類似する要素については同じ符号を用いることにする。
本バッテリー管理方法は以下の追加ステップを含むことができる。
− セルの状態を表す、バッテリーの所与のセルのレベルにおける値を測定するステップ、
− 前記測定値を考慮に入れることによりセルスイッチ及び/又はモジュールスイッチ及び/又は並列スイッチの位置を決定するステップ、
− 上の決定に応じて、セルスイッチ及び/又はモジュールスイッチ及び/又は並列スイッチのOFF又はONを指令するステップ。
− バッテリーが負荷に接続されているとき、充電率が最も高いモジュール及び/又はセルを、バッテリーが再充電されているときは充電率が最も低いモジュール及び/又はセルを優先的に使用することにより、モジュール及び/又はセル間を均等化するステップ、
− モジュール及び/又はセルの充電が均等になるよう、同じモジュール及び/又はセルを常時使用することはしないで、モジュール及び/又はセルの平均使用率を変更することにより、モジュール及び/又はセル間を均等化するステップ。実際、たとえば、ある一つのモジュールが他のモジュールと比べてきわめて充電されていて、その充電状態が他のモジュールの充電状態にできるだけ早く到達するよう、そのモジュールを常時使用する場合、そのモジュールはオーバーヒートするおそれがある。均等化はバッテリーの充電中又は使用中に連続して実行するのが好ましく、そうすることにより、均等状態に素早く到達するために、あるモジュールに強く負荷をかけるという必要がない。そのようなモジュールの平均使用率を他のモジュールと比較して数パーセント変えるだけで、バッテリーパックのモジュールのストレス及び温度上昇の均衡を過度にくずさなくとも、モジュールの負荷の均等化を確保することができる。この均衡化は、同じモジュールであるかないかにかかわらず、そのセルに対し同じように適用される。
− モジュールが供給できる電流に応じてモジュールを選択し、モジュールが所要電流以上の電流を供給できるとき、モジュールに負荷をかけるステップ。所要電流がより少ない段階においては、電流供給能力がより低いモジュールを使用する。
− 温度が最も高いモジュール及び/又はセルの使用を制限するか、所要電流が最も少ないときに優先的に使用するステップ。包括的には、あるモジュール及び/又はセルの温度がしきい値を超えることが防止され、この超過のリスクが事前に想定される。セルの老化を均一にし、セルの寿命を延ばすために、バッテリー内部の温度を比較的均一に保つのが最適である。
− 必要な初回の交換時、バッテリーのある部分だけを交換すればいいようにするため、その部分を優先的に使用するステップ。バッテリーのその部分は互換性がより高くなるよう想定することが可能である。
− 集中的使用に耐えるよう最適化されたセルをより高い割合で使用し、バッテリーの残りの部分の負荷は制限し、その残りの部分はむしろエネルギー容量をもたらすよう最適化するステップ。より一般的には、セル技術において異質なバッテリー、すなわち異なる性質のセルを集約したバッテリーの場合、各セルの長所を考慮して全体的性能を最適化するためには、使用において異質性をもつことが有利なことがある。
− モジュールの電圧の上側しきい値を超えてから短時間後、モジュールトランジスターをONし(しきい値は、セルが接続されたときにモジュールのレベルにおいて充電時に到達可能な最大電圧に安全値を加えたものに相当。これは、充電電流がバッテリーを通過する間、全てのセルの接続が切れていることを検出する方法である)、モジュールトランジスターを通過する放電電流が出現した場合、モジュールトランジスターを再度OFFするステップ。この電流は他のモジュールセル内でも検出される。したがって電流センサーはセルトランジスター及びモジュールトランジスターに共通な出力チャンネル上に設置することができる。セルが不良でない場合、又は充電不足でない場合、セルトランジスターをONする。
− モジュールの電圧の下側しきい値を超えてから短時間後、モジュールトランジスターをONし(しきい値は、セルが接続されたときにモジュールのレベルにおいて放電時に到達可能な最小電圧から安全値を引いたものに相当)、放電電流がバッテリーを通過する間、全てのセルの接続が切られていることを検出し、モジュールトランジスターのレベルで放電電流が出現した場合、モジュールトランジスターを再度OFFするステップ。この電流は他のモジュールセルのレベルでも検出される。モジュールの電圧がセルの電圧に向かって再上昇するときには、非不良セル又は過充電セルについてはセルトランジスターをONする。モジュールの電圧の再上昇を確認することにより、モジュールのレベルにおけるモジュールトランジスターのいずれもONのままではないことを確認する。
− モジュールの電圧の下側しきい値を超えてから短時間後、モジュールトランジスターをONし、しきい値より低い放電電流が発生し、及びモジュールトランジスターのONの直前に、高すぎる放電電流が原因でセルトランジスターがOFFになった場合、モジュールトランジスターを再度OFFし、次いでセルトランジスターをON(セルトランジスターをONすることにより、並列接続セル上でONのままになっているであろうモジュールトランジスター内で、電流の低下、さらには電流の反転が生じなければならない。これは、それらのOFFを加速させるからである)にするステップ。モジュールトランジスターがONしたままであったとすると、それによりセルトランジスター上で過電流を生じさせるおそれがあり、そのため、これらトランジスターの再度OFFを生じさせる。
− たとえばあるしきい値より高い電圧、あるいはあるしきい値を超える最大保存アンペア時によりセルが過充電される傾向を有する場合、放電電流があり、且つ対応するモジュールトランジスターがOFFの場合、セルトランジスターはOFFになるステップ。対応するモジュールトランジスターがONの場合には、上で説明した操作を適用する。
− たとえばあるしきい値より低い電圧、あるいはあるしきい値を下回るアンペア時によりセルが充電不足になる傾向を有する場合、セルトランジスターをOFFにするステップ。充電電流が存在し、且つ対応するモジュールトランジスターがOFFの場合には、セルトランジスターは再度ONになる。対応するモジュールトランジスターがONの場合には、上で説明した操作を適用する。
− セルがオーバーヒート状態になったらセルトランジスターをOFFにし、そこで、セルトランジスターのON・OFF動作を周期的に繰り返し、対応するモジュールトランジスターがOFFである限り、セルの温度を許容可能なレベルに制限する。セルの温度が過度に高い値に達した場合、セルトランジスターはOFFのままである。温度が、あらかじめ決められた許容しきい値を再び下回ったときには、対応するモジュールトランジスターがOFFのままである場合には、トランジスターは再度ONになる。その後温度が過度且つ異常に急速に再上昇すると、セルは不良とみなされ、そのセルトランジスターはOFFの状態に保たれる。
− セル内の電流が、セルトランジスターの充電及び放電段階における動作の場合、異なっていてもよい最大しきい値を超えたときにセルトランジスターをOFFにし、次いで、段の電圧がセルの電圧に近づき、もちろんモジュールトランジスターがOFFのままである場合、セルトランジスターを再度ONする。このことは、このON動作では、即時再OFF動作を必要とする過電流が発生しないことを意味する。
− 当然のことながら、セルが不良と診断された場合、それに結合されたセルトランジスターはセルが必要に応じて交換されるまでOFFの状態のままである。
− 一つ又は複数の測定並びにその分析はローカル且つ他のモジュールとは独立して行われるので、反応をきわめて速くすることができる。この反応は、ガルバーニ絶縁を有するリンクによる通信を必要とし、まず第一の遅延を発生するシリアル符号化、次いで転送速度が低いため第二の遅延をもたらすバスによる転送による中央演算装置による実施よりも高速である。
− モジュールが独自の演算装置を含む場合、各セルについて、その健全状態及びその充電状態について正確な診断ができるよう、高度な処理方法を用いることができる。
− 同じ段のセルの故障率がしきい値に達した場合ただちに、段の作動を止めるために、全セルのOFF、並びに各セル内に潜在的に設置されている分流器の起動を命令する。
− たとえば漏電、オーバーヒートがあるときなど、セルが故障したとき、セルが過放電状態であるとき(これはたとえば電圧しきい値を下回ることによって検出される)又は過充電状態であるとき(これはたとえば電圧しきい値又は許容アンペア時を上回ることによって検出される)には、セルは直列トランジスターのOFFによって切断される。
− セルが熱くなったときは、ある周期比により接続/切断することができるので、その温度上昇が制限される。この目的は、セルのレベルで測定される温度に応じて周期比をサーボ制御することによって実現することができる。
− 切断されたセルから見て段の電圧が0V未満(たとえばおよそ−100mV)まで充分に降下した場合、セルはそのパラレルトランジスターをONする(電圧は自動的に0を通過するので、すなわち通常、同一段の全セルが切断されるので、バッテリーパック上で電流が消費されるときには、並列接続セルが短絡されるリスクはない)。電圧がしきい値未満に移行するのが検出されるのと、隣接セルも、しきい値を通過したことを検出する時間がもてたようにするためのパラレルトランジスターとの駆動との間には若干の遅延を設けることができる。
− バッテリーパックに充電電流を印加する際、切断されたセルから見て、外部電圧が、充電時にセルが到達できる最大電圧を超えて上昇した場合、セルはそのパラレルトランジスターをONする(電圧がこのしきい値を超えるためには段の全セルをOFFしなければならないので、並列接続セルが短絡されるリスクはない)。
− 所要電流を供給する、又は入力電流を受け入れるのに充分な数の並列セルがなくなった場合に特に発生する、セルから見て電流が高すぎるケースでは、セルの直列トランジスターがOFFになり、それによりセルが劣化するリスクが排除される。この切断後、残っているアクティブな並列接続のセルから見て電流が高すぎる場合、セルは自動的に切断する。
− 段の全てのセルが切断され、バッテリーから電流が消費される場合、段のレベルにおける電圧が低下し負になる傾向がある。このとき、各セルはその並列トランジスターをONにし、トランジスターはバッテリー内で電流を循環させるため受け継ぐ。
− 段の全てのセルが切断され、再充電電流がバッテリーに供給されると、段の電圧は上昇し、セルの最大充電電圧を超える。この場合、セルにより並列トランジスターのONが開始する。
− 電圧しきい値を超えたことを全てのセルが検出したことを確信するために、各セルのレベルにおける並列スイッチの駆動に対し自発的に若干の遅延を設定し、このON動作により電圧を0に戻す前に電圧をよく変化させる。
− 過大な放電(電圧しきい値未満への移行)の結果、セルが切断した場合、段の電圧がセルの電圧を上回るようになってきたらただちに再度ONするよう設定できる(並列スイッチはONしなかった場合)。並列スイッチがONにされていた場合、無効にする決定は、再充電電流の方向である分流器を流れる電流を検出してから行うことができる。すると、並列に配置された一つ/複数のセルが何らかの理由によりONにされたその並列スイッチを保持しない限り、並列スイッチのOFFにより電圧は再上昇することができるはずである。電圧が一定時間内に再度上昇することができない場合、並列配置セルの並列スイッチが長時間あらゆる電流を受けることを防ぐために、並列スイッチが再度ONされる。反対に電圧がセル電圧又はそれ以上まで再上昇する場合、直列セルスイッチがONになり、セルが再充電される。
− 過大な充電(電圧しきい値より上への移行)の結果、セルが切断した場合、段の電圧がセルの電圧未満になってきたらただちに再度ONするよう設定できる(並列スイッチはONしなかった場合)。並列スイッチがONにされていた場合、無効にする決定は、放電電流の方向である並列分流器を流れる電流を検出してから行うことができる。すると、並列に配置された一つ/複数のセルが何らかの理由によりONにされたその並列スイッチのOFFに引き続いてセルスイッチがONする。全てのセルが常に放電電流を検出する時間を有することができるよう、並列スイッチのOFFと直列セルスイッチのONとの間に若干の遅延を設けることができる。
− 過大電流の結果、セルが切断し、並列スイッチが作動しなかった場合、並列に設置されたセルが電流に耐え電圧を保持することができたことを意味するので、セルは、段の電圧がセルの電圧に充分に近くなったらただちに、再接続を試みることができる。
− 過大電流の結果、セルが切断し、並列スイッチが作動した場合、隣接するセルが過大に充電されていたか、過大に放電されていたため、もはや電流の保存には与らなかったことが推定される。この場合、並列スイッチ内を流れる電流は、セルのOFFを発生させ(且つ隣接するセルを想定させ)た電流とは反対の符号になるとすぐに、OFFになる。充電電流があると、電圧がセルの電圧に接近するとただちにセルスイッチがONになり、一定時間内に電圧が再上昇できない場合、並列スイッチが再度ONされ(並列接続セルがその並列スイッチを再度OFFすることはなかったため、大電流を長時間残しておくことは不可能であると仮定する)。放電電流があり、且つ段の電圧が降下し出す場合、直列スイッチはONになり(すなわち並列に設置された全てのセルの並列スイッチがOFFであることが確実であると。そうでない場合には電圧は降下できなかったであろう)、全てのセルに対し、放電電流、次いで電圧の降下を検出する時間を確保するために、並列スイッチのOFF(次いで電圧の降下の検出)とセルスイッチのONとの間に若干の遅延を設けることができる。
− セルの修復不可能な機能低下の結果、セルが切断した場合、セルスイッチが再度ONになることは絶対にない。反対に、場合によってはONしなければならない並列スイッチはOFFにすることもできる。段の電圧がしきい値を下回る値(およそ−100mV)に移行したことが検出されて並列スイッチがONになった場合、並列スイッチを通過する電流が再充電電流であるときには、並列スイッチは再度OFFすることができる。段の電圧がしきい値を上回る値(充電中にセルが到達し得る最大電圧)に移行したことが検出されて並列スイッチがONになった場合には、並列スイッチを通過する電流が放電電流であるときには、並列スイッチを再度OFFすることができる。実際には、並列スイッチを一般的なONにしたものは、並列に設置されたセルがその満充電又は完全放電又は電流過多に達し、もし反電流がバッテリー内に出現すると、並列に設置されたセルが再度ONになるということに拠ると仮定する。もし、並列に設置された隣接セルが再度接続されない場合、段の電圧は公称最大電圧を上回るか、公称最小電圧を下回るよう分配され、改めて段のセルの並列スイッチを起動する。
− セルの修復可能な機能低下の結果、セルが切断した場合、機能低下が消滅したとき(たとえばその温度が充分に降下したときあるいはセルが交換された場合)、セルは再度接続することができる。並列スイッチが既にONになっていた場合には、前項と同じ手順に従う。
− H型ブリッジのスイッチのスイッチングのために充分な充電を保存するため、放電モードのバッテリー管理では、バッテリーを完全に放電するまでして、両端モジュールのセルへの負荷を少なくする、及び/又は
− 両端モジュールが他よりも多くのセルを含む及び/又は保存容量が高いセルをより多く含む、及び/又は
− 他の隣接モジュールからも両端モジュールの構成部品への電源供給を行う。これは、他のモジュールの電位もかなり近いままであるので実現可能である。
− 本解決方法は多数の基本スイッチ、すなわち相互に離れた、好ましい実施形態による多数のトランジスターに基づくものであり、それにより、トランジスターの作動により発散されるエネルギーを簡単に排出することができるが、それはこの発散エネルギーが、少量のエネルギー単位が多数、バッテリー構造体内に分散した状態になっているからである。
− 本解決方法によれば、電流の動的スイッチングを通してバッテリーのセルのリアルタイムな平準化を行うことができる。
− 本解決方法によれば、各モジュールの使用率の最適化を通してバッテリーのモジュールのリアルタイムな平準化を行うことができる。
− 本解決方法により作動不全セルの接続を切断することができる。
− 本解決方法により、セルの電源を完全に切断するか、セルにとって許容される平均電流に到達することができる周期比に従い、温度が過度に上昇したセル内の電流を制限することができる。
− 本解決方法により、バッテリーのフル電圧の高周波数ハッシングを必要とせずに、バッテリーの出力電圧をソフトに調節することができる(低周波数スイッチング<1000Hz及びたとえば4Vというような小さな電圧変化ステップ)。本解決方法により、直流モーターの制御又は直流電源による再充電用として所望される直流電圧を調節することができる。また本解決方法により、同期又は非同期モーターなどの制御のため、あるいは電気回路網での直接再充電のための交流電圧を発生することも可能である。
− 本解決方法により、あるモジュールのあるセルを個別に隔離することができ、バッテリーの作動中であっても、特に、無負荷電圧を測定することが可能である。
− 本発明により、たとえば停車時又は大きな故障の検出時、全てのセルを隔離することができるので、ユーザー、あるいは、たとえば火災時の消防士など、現場に駆け付ける人にとってのあらゆる電気的リスクを排除することが可能になる。
− セルトランジスターのOFF時に、電流が通っているのに段の電圧がセルの電圧とほぼ等しいままである場合、それはセルトランジスターのうちの少なくとも一つがもはやOFFではないからである。どのトランジスターであるかを知るには、電流がどのセルを流れるかを調べればよい。したがって本診断方法は、あるモジュールの全てのセルトランジスターのOFFを指令し、モジュールの電圧を測定し、セルの電圧に近い値の場合、各セルを通る電流を測定し、そこを電流が通る場合、セルトランジスターを「不良」であると分類するステップを含む。次いで、少なくとも一つのセルトランジスターが不良(ONしたまま)なモジュールに結合された一つ/複数のモジュールトランジスターは、短絡を発生しないようにするため、もはや起動されない。本方法は、不良スイッチの同一性、及び/又は各モジュールが供給することができる最大電流に関するデータを、ローカル及び/又は中央ユニットに送信する追加ステップを含むことができる。ユーザーはどのトランジスターを交換すべきかを知ることができるようにならなければならない。
− 並列トランジスターのOFF指令時に、電流が通っているのに、少なくとも一つの段の電圧がほぼ0のままである場合、少なくとも一つの並列トランジスターがOFFにならず、不良である。各モジュールを通る電流を測定することにより、不良な一つ又は複数の並列トランジスターを特定することができる。したがって本診断方法は、並列トランジスターをOFFに命令し、電圧及び電流を測定し、電流が流れているのに電圧が0の場合、不良モジュールトランジスターを特定するステップを含む。次いで、並列トランジスターが不良(ONしたまま)なモジュールに結合されたセルトランジスターは、短絡を発生させないようにするためもはや起動されない。当該モジュールはモジュールトランジスター又は並列スイッチが交換されるまで使用しない。
− セルトランジスターのON指令時に、結合されているセル内の電流は0であるのに、トランジスター上で電圧降下が見られる場合、セルトランジスターが不良であり、もはやONしない。そのような状況により、モジュールが供給できる電流が制限される。バッテリーの中央演算装置には、モジュールがまだ耐えることができる最大電流が通知される。さらに、ユーザーには交換すべきトランジスターが知らされる。
− 同様に、トランジスター上の電流は0であるのに、モジュールトランジスターのON指令によりトランジスター上で電圧降下が発生した場合、トランジスターが不良であり、もはやONしないことを意味する。それにより、セルの接続が切断されたときにモジュールが通すことができる電流が制限される。中央演算装置には、モジュールがまだ耐えることができる最大電流が通知される。さらに、ユーザーには交換すべきトランジスターが知らされる。
− 分岐内の電流の符号が、他の分岐内を流れる電流の符号とは反対であって、ある一定のしきい値を超えている場合、この分岐の常時開トランジスターの漏洩電流が診断される。中央演算装置には、モジュールがまだ耐えることができる最大電流が通知される。さらに、ユーザーには交換すべきトランジスターが知らされる。
二つの図31及び32は同じ手法による別の二つの変形形態を示す図である。
− トランジスターK13、K14及びK21がONで、他のトランジスターがOFFのとき VS=V1+V2
− トランジスターK11、K23及びK24がONで、他のトランジスターがOFFのとき VS=−V1−V2
− トランジスターK12、K22、K15、K25、K14及びK21がONで、他のトランジスターがOFFのとき VS=V1=V2
− トランジスターK12、K22、K15、K25、K11及びK24がONで、他のトランジスターがOFFのとき VS=−(V1=V2)
− n<N/2の場合、バッテリーを二分することにより、二つの部分の並列化を行う
− n<N/3の場合、バッテリーを三分する、など。
− n1=[(設定ピーク電圧の振幅/モジュールの電圧)*sin(2Πft)]に最も近い整数に四捨五入
− n2=[(設定ピーク電圧の振幅/モジュールの電圧)*sin(2Πft)]に最も近い整数に四捨五入
− バッテリーのある特定のセルを接続又は切断するためのセルスイッチ
− バッテリーのある特定のセルをバイパスする又はしないための並列スイッチ
− バッテリーの一つのモジュールをバイパスする又はしないためのモジュールスイッチ
− バッテリーの複数のモジュールを同時にバイパスする又はしないためのスイッチ
− バッテリーの出力側電圧を反転する又はしないためのスイッチ
− バッテリーのいくつかの下部部分を直列又は並列に配置するための直列/並列反転スイッチ
− 最後に、二つのセルを直列又は並列に配置するための追加スイッチを実装することが可能である。
2 モジュール
5 モーター
6 中間装置
11、50、111 セル
12、112 モジュール
13、63、113 セルスイッチ
14、114 並列スイッチ
15 負荷
17 下側端子
18 上側端子
19 導電補強材
20 基板
21、21’ 通信バス
22、22’ 中央演算装置
23、24 トランジスター
25、26 ダイオード
27、67、127 駆動回路
28 リンク
29 測定センサー
30 処理回路
31 通信入力部
32 マルチプレクサー
33 温度センサー
34 並列トランジスター
35 電圧センサー
36 電流センサー
37 インタフェース
38 ブリッジ整流器
40 ダイオード
41 駆動信号
43、45、46 通信チャンネル
50 エネルギー保存セル
51 正極
52 負極
53 電解液層
54 第一電流コレクター
54’ 正の内側電極
55 第二電流コレクター
60 マイクロコントローラー
61 入力インタフェース
62 温度センサー
65 電圧センサー
66 電流センサー
68 外部包絡線
69 通信インタフェース
70 基板
71 防水層
72 通信端子
80 計算ブロック
81、82、84 ブロック
83 補正ブロック
85 最終ブロック
86、87、88、89 スイッチ
90 信号
91 論理演算子
92 遅延セル
100 通信信号
101 対応する信号
103、104、104’ トランジスター
115 三相モーター
116 カラム
121 バッテリーの第一モジュール
122 バッテリーの第二モジュール
123、124 トランジスター
125 通信バス
127 入力制御回路
141 トランジスター
142 端子
143 トランジスターの出力側
144 最終電源供給電流
145 駆動装置
146、147 増幅段
150 ハウジング
151、152 通信バス
153 コネクター
154 通信コネクター
155 機械的又は電気的スイッチ
156 リンク
157 中央演算装置
158 ロック/アンロック装置
160 ホワイトノイズ1
161 ステップ
162 パルス
222 主演算装置
214 第一連のスイッチ
314 第二連のスイッチ
414 第三連のスイッチ
514 第四連のスイッチ
614 第五連のスイッチ
714 第六連のスイッチ
Claims (27)
- 直列に配置された複数のモジュール(12;112)を含むバッテリーであって、各モジュールが、下側モジュールとの接続が可能な下側端子(17)と、上側モジュールとの接続が可能な上側端子(18)とを含み、各モジュールが、前記下側端子と、セルを含む前記上側端子との間に少なくとも一つの分岐を含むバッテリーにおいて、
ある所与のモジュール(12;122)のレベルに配置された一つのスイッチと、所与のモジュール又は隣接モジュールの少なくとも一つのセル(11;50;111)から電源が直接供給される前記スイッチの駆動回路(27;67;127)とを具備することを特徴とするバッテリー。 - 前記少なくとも一つのスイッチが、
バッテリーのある特定のセルを接続するあるいは接続を切るためのセルスイッチ
バッテリーのある特定のセルをバイパスする又はしないようにするための並列スイッチ
バッテリーの一つのモジュールをバイパスする又はしないようにするためのモジュールスイッチ
バッテリーの複数のモジュールを同時にバイパスする又はしないようにするためのスイッチ
バッテリーの出力電圧を反転させる又はしないようにするためのスイッチ
バッテリーのいくつかの下位部分を直列配置又は並列配置にするための直列/並列反転スイッチ
二つのセルを直列又は並列に配置するための追加スイッチ
のうちのいずれかであることを特徴とする請求項1に記載のバッテリー。 - 一つのモジュール(12;112)が、一つのセル(11;50;111)と、前記セル(11;50;111)に対し直列に配置されたセルスイッチ(13;63;113)とを具備し、前記セルスイッチ(13;63;113)の駆動回路(27;67;127)が前記モジュール又は隣接モジュールの少なくとも一つのセル(11;50;11)から電源が直接供給されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の直列に配置された複数のモジュール(12;112)を具備するバッテリー。
- 複数のセル(11;50;111)を具備し、前記セル(11;50;111)のそれぞれが、前記セル(11;50;111)に対し直列に配置され、前記所与のモジュール又は隣接するモジュールの少なくとも一つのセル(11;50;111)から電源が直接供給される所与のモジュールのレベルにそれぞれが存在する一つ又は複数回路によって駆動されるセルスイッチに結合されていることを特徴とする請求項3に記載のバッテリー。
- 電源供給のため、一つのダイオード(40)を介してバッテリーの一つのモジュール(12;112)の少なくとも一つのセル(11;50;111)に接続された一つの駆動回路(27;67;127)を具備することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のバッテリー。
- 一つのモジュール(12、112)のレベルで利用可能な電圧又は電流によって駆動される一つのトランジスター(141)を介してバッテリーの前記一つのモジュール(12;112)の少なくとも一つのセル(11;50;111)に接続された一つの駆動回路(27;67;127)を具備することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のバッテリー。
- 前記トランジスター(141)が、増幅装置を介して前記モジュール(12,112)のレベルで利用可能な電圧又は電流によって駆動されることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のバッテリー。
- 前記駆動回路(27;67;127)がバッテリーの一つのモジュール(12;112)の全セル(11;50;111)に接続されることを特徴とする請求項5から7のいずれか一項に記載のバッテリー。
- 一つのセル(13;63;113)に結合されたある一つのセルの状態に特徴的な数値の少なくとも一つの測定センサー(33,35,36;62,65,66;133)を具備し、駆動回路(27;67;127)が、前記セル(13;63;113)の状態に特徴的な値に応じて前記セルスイッチ(13;63;113)を駆動することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のバッテリー。
- セル(11;50;111)のレベルにおける電流測定センサー及び/又はセル(11;111)の端子及び/又はそのセルスイッチの端子における電圧測定センサー(35)、及び/又は一つのセル(11;111)の温度及び/又はインピーダンススペクトロメトリーの測定センサーを具備することを特徴とする請求項9に記載のバッテリー。
- 所与のモジュールのレベルにおいて、バッテリーの所与のモジュールの少なくとも一つのセル(11;50;111)から電源が直接供給される一つ又は複数の処理回路(30)、及び/又はセルの状態に特徴的な値の少なくとも一つの測定値に応じて駆動回路(27;67;127)を介してバッテリーのスイッチ(13;14;34;63;64;113;114)を操作する中央演算装置(22)を具備することを特徴とする、請求項9又は10に記載のバッテリー。
- モジュール(12;112)の並列接続された一つのモジュールスイッチ(14:114)に結合された少なくとも一つの所与のモジュール(12;112)、又は各セル(11)が、セルに対し並列に接続された並列スイッチ(34)に結合された少なくとも一つの所与のモジュール(12)、及び/又は複数の所与のモジュールの並列に配列された少なくとも一つのスイッチ(214;314;414;514;614;714)を備え、これらのスイッチ(14;34;64;114;214;314;414;514;614;714)が、所与の一つ又は複数のモジュール又は隣接するモジュールの少なくとも一つのセル(11;50;111)から電源が直接供給される駆動回路(27;67;127)によって駆動されることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載のバッテリー。
- さらに、ある所与のモジュールに結合され、中央サーバー(22)との通信のためのインタフェース(37)を含む、及び/又は少なくとも一つの別のモジュール(12;112)との通信のためになされた通信モジュール、及び/又はある所与のモジュールに結合され、所与の一つ又は複数のモジュール又は隣接するモジュールの少なくとも一つのセル(11;50;111)から電源が直接供給される処理回路(30)を具備することを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載のバッテリー。
- バッテリーのセル(11)とのリンクのための端子(16)と、
一つ又は複数のモジュール(12)のためのセルスイッチ(13)と、
前記セルスイッチ(13)の駆動回路(27;67;127)と、
バッテリーの少なくとも一つのセルからの前記駆動回路(27;67;127)への電源供給回路と、
を含む基板(20)を具備することを特徴とする、請求項1から13のいずれか一項に記載のバッテリー。 - バッテリーの各モジュール(12)間に配設された基板(20)、又はバッテリーの全セル(11)が配設された一枚だけの基板(20)、あるいはそれぞれの基板が複数のモジュール(12)に結合された複数の基板を具備することを特徴とする、請求項14に記載のバッテリー。
- 少なくとも一つのセル(50)を備え、前記少なくとも一つのセル(50)が、セルスイッチ(63)と、前記セル(50)から電源が直接供給される駆動回路(67)とを備え、それらが前記セル(50)の外部包絡線に内蔵されることを特徴とする、請求項1から15のいずれか一項に記載のバッテリー。
- バッテリーの出力電圧を反転させるための、四つのスイッチ(86、87、88、89)で作製されたH型ブリッジを備え、
これら四つのスイッチが、
最上端モジュールのレベルに配置され、前記モジュールのレベル又はその近接部に配設された駆動回路により駆動される二つのトランジスターと、
最下端モジュールのレベルに配置され、前記モジュールのレベル又はその近接部に配設された駆動回路により駆動される二つのトランジスターと
により得られることを特徴とする、請求項1から16のいずれか一項に記載のバッテリー。 - バッテリーの部分集合体の直列結合又は並列結合を変更するためのスイッチ(103、104)を具備し、これらのスイッチがバッテリーの一つのモジュールのレベルに配設された少なくとも一つの駆動回路(27;67;127)により駆動されることを特徴とする、請求項1から17のいずれか一項に記載のバッテリー。
- セルスイッチ(13;63;113)がトランジスターであることを特徴とする、請求項1から18のいずれか一項に記載のバッテリー。
- 直列に配置された複数のハウジング(150)を具備し、
ハウジングを取り外し可能に収納するための場所を有するフレームを具備し、一つの場所が出力バスを介してハウジングを前記バッテリーの端子に電気的に結合するための電気接点を含み、前記場所はフレームスイッチに結合され、これにより、ある場所内にハウジングがない場合、前記フレームの他の場所内に配設された少なくとも一つの別のハウジングを介して、電気的再現を保存することができることを特徴とする、請求項1から19のいずれか一項に記載のバッテリー。 - 請求項1から20のいずれか一項に記載のバッテリーを管理する方法であって、所与のモジュール又は隣接するモジュールの少なくとも一つのセル(11;50;111)から、前記バッテリーのある所与のモジュール(12;112)のレベルに配設されたスイッチの駆動回路(27;67;127)に電源を供給するステップを含むことを特徴とする、バッテリーの管理方法。
- 前記バッテリーの少なくとも一つのセルによる電源供給を必要とする前記バッテリーの内部のその他の全ての電子構成部品に電源を供給するステップを含むことを特徴とする、請求項21に記載のバッテリーの管理方法。
- セル(11;50;111)の状態を表す、バッテリーの所与のモジュール(12;112)の前記セルのレベルにおける値を測定するステップと、
前記測定値を少なくとも一つの処理回路(30)又は演算装置(22)に送信するステップと、
前記測定値を考慮に入れることによりセルスイッチ(13;63;113)の位置を求めるステップと、
前記所与のモジュール又は隣接するモジュールから電源が供給される駆動回路(27;67;113)を介して前記セルスイッチ(13;63;113)のOFF又はONを指令するステップと
を含むことを特徴とする、請求項3に記載のバッテリーの請求項21又は22に記載の管理方法。 - 前記セル(11;50;111)の状態を診断し、前記セルの充電及び/又はセルの健全性を見積もるために測定値をしきい値と比較することから成るステップを含むことを特徴とする、請求項23に記載のバッテリーの管理方法。
- 前記セルがしきい値未満の充電又は過充電を有するとき、又はセルが不良であるかオーバーヒート状態にあるとき、前記セルスイッチ(13;63、113)をOFFすることから成るステップを含むことを特徴とする、請求項24に記載のバッテリーの管理方法。
- セル(11;50;111)に組み合わされた前記セルスイッチ(13;63、113)を周期的にOFF/ONするステップを含み、周期比が前記セル(11;50;111)合計使用時間に応じて決定され、合計使用時間自体も前記バッテリーの電流及び電圧の総体的必要量及び当該セルの診断に応じて決定されることを特徴とする、請求項21から25のいずれか一項に記載のバッテリーの管理方法。
- 前記バッテリーが負荷に接続されているとき、充電率が最も高い前記モジュール及び/又はセルを、前記バッテリーが再充電されているときは充電率が最も低い前記モジュール及び/又は前記セルを優先的に使用することにより、モジュール間及び/又はセル間を均等化するステップと、
前記モジュール及び/又は前記セルの充電が均等になるよう、同じ前記モジュール及び/又はセルを常時使用することはしないで、前記モジュール及び/又は前記セルの平均使用率を変更することにより、モジュール及び/又はセルを均等化するステップと、
前記モジュールが供給できる電流に応じて前記モジュールの使用を選択するステップと、
温度が最も高い前記モジュール及び/又は前記セルの使用を制限するか、所要電流が最も少ないときに優先的に前記モジュール及び/又は前記セルを使用するステップと、
バッテリー内部の温度を均一に保つステップと
の全て又は一部を含むことを特徴とする、請求項21から26のいずれか一項に記載のバッテリーの管理方法。
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