SE0950168A1 - En lagringscell, en matningsanordning, ett eldrivet fordon, och ett förfarande och ett styrsystem för styrning av ett lagringspaket - Google Patents

Abstract

Den föreliggande uppfinningen avser ett förfarande, ett styrsystem (13), och ett fordon (1) innefattande ett styrsystem för att styra ett lagringspaket (7). Uppfinningen avser även en matningsanordning (17) och en lagringscell (9) försedd med en matningsanordning. En separat spänning och ström matas till individuella lagringsceller (9) i lagringspaketet (7) för att styra lagringspaketet.(Fig. 1)

Description

paketet. Vid tillverkning av ett lagringspaket måste därför omfattande test- ning och gruppering av liknande energiceller utföras.

Ett annat problem är att om en lagringscell blir tömd eller nästan tömd me- dan de andra cellerna förblir laddade så är det nödvändigt att stänga av pa- ketet i förtid för att förhindra den tömda lagringscellen från att skadas. Mot- svarande, under en återuppladdning av paketet, om en lagringscell blir fullt laddad innan de andra lagringscellema så måste återuppladdningen avslutas eller så kan den fullt laddade lagringscellen skadas.

Ett känt förfarande för att minska detta problem vid urladdning är att avleda återuppladdningsströmmen till den fullt laddade lagringscellen och att för- bruka den till exempel i ett motståndselement. Detta leder emellertid till ener- giförluster under återuppladdningen. Exempel på olika förfaranden och an- ordningar för att styra funktionen hos lagringspaket kan till exempel hittas i dokumenten US 2008/0303485, EP 1 978 589, JP 2008 220 104, JP 2008 067 486, JP 2007 143 373, CN 101 247 050, WO2008/128429, CA 2 634 309, WO 2006/039520 och US 2009/0015297.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett ändamål med den föreliggande uppfinningen är att anvisa ett nytt sätt för att styra ett lagringspaket som medger en förbättrad funktion hos paketet.

Enligt en första aspekt av uppfinningen uppnås detta ändamål med ett förfa- rande för att styra ett lagringspaket enligt kravet 1.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen uppnås detta ändamål med en mat- ningsanordning enligt kravet 1 l.

Enligt en tredje aspekt av uppfinningen uppnås detta ändamål med en lag- ringscell enligt kravet 2 1.

Enligt en färde aspekt av uppfinningen uppnås detta ändamål med ett styrsy- stem enligt kravet 22.

Enligt en femte aspekt av uppfinningen uppnås detta ändamål även med ett elektriskt fordon enligt kravet 35.

Ett gemensamt koncept hos aspekterna ovan innefattar matning av en spän- ning och en ström i en separat spännings-/strömgren till åtminstone en un- dergrupp av de samrnankopplade lagringscellerna i lagringspaketet. Företrä- desvis matas åtminstone två separata undergrupper av lagringsceller i lag- ringspaketet med åtminstone två separata spänningar och strömmar i åtrnin- stone två separata spännings-/strömgrenar för varje undergrupp. Företrä- desvis matas de åtminstone två separata undergrupperna samtidigt med åt- minstone två separata spänningar och strömmar i åtminstone två separata spännings-/strömgrenar. Genom att mata en spänning och ström i en sepa- rat spännings-/ strömgren till en undergrupp av lagringsceller i lagringspake- tet är det möjligt att utöva en bättre styrning över varje individuell under- grupp av celler. Således förbättras styrningen av lagringspaketet vilket ger möjligheter att uppnå en bättre användning av lagringspaketet. Företrädesvis matas varje spänning och ström separat till varje undergrupp, varvid mat- ningskretsen företrädesvis är anslutningsbar med endast en undergrupp. Fö- reträdesvis är även matningskretsen direkt ansluten till den positiva och den negativa polen hos undergruppen. Företrädesvis år matningsanordningen vidare anordnad att mata spänningen och strömmen oberoende från spän- ningen matad till undergrupper från andra matningsanordningar, så att varje undergrupp kan styras oberoende.

En lagringscell för lagring av elektrisk energi kan innefatta vilken typ av cell som helst som har förmågan att individuellt lagra energi under längre tidspe- rioder och tillhandahålla energin som elektrisk energi till en belastning. Ener- gin kan lagras i vilken sort eller form som helst som kan konverteras till elektrisk energi, till exempel som kemisk energi, magnetisk fältenergi, elekt- risk fältenergi, mekanisk energi, etc. En lagringscell innefattar en positiv och en negativ pol, varvid cellen är anpassad att generera en spänning och en ström mellan de två polerna. En föredragen form av lagringsceller är återupp- laddningsbara battericeller. Vissa battericeller kan emellertid bli permanent skadade om de överladdas eller töms helt.

Lagringspaketet anpassat för lagring av elektrisk energi innefattar företrädes- vis ett flertal sammankopplade lagringsceller såsom ovan. Lagringscellerna är företrädesvis galvaniska celler, kondensatorer och/ eller kombinationer av galvaniska celler och kondensatorer. Företrädesvis är åtminstone majoriteten av lagringscellerna i paketet återuppladdningsbara galvaniska celler. Företrä- desvis är åtminstone majoriteten av lagringscellerna anslutna i serie, vilket innebär att den genererade lagringspaketsspänningen ökas till summan av spänningarna hos de individuella cellerna. Företrädesvis genererar lagrings- paketet likström.

Enligt en utföringsform av uppfmningen innefattar den största individuellt styrbara undergruppen av lagringsceller hälften eller färre av cellerna i pake- tet. Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar den största individu- ellt styrbara undergruppen av lagringsceller tio procent eller färre av cellerna i paketet. Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar undergruppen av lagringsceller tio eller färre celler. Således ökar möjligheterna för styrning av lagringspaketet eftersom det är möjligt att individuellt styra spänningen över två poler av många små undergrupper av lagringsceller i paketet. Före- trädesvis innefattar den största undergruppen av lagringsceller fem eller färre celler. Mer företrädesvis innefattar den största undergruppen av lagringsceller tre eller färre celler. Företrädesvis innefattar en undergrupp av celler celler som är sammankopplade eller grupperade att fungera tillsammans som en enhet inom lagringspaketet. Företrädesvis är lagringscellerna i en undergrupp anslutna i serie. Mer företrädesvis innefattar den största undergruppen av lagringsceller en enda lagringscell, varvid varje lagringscell i paketet kan sty- ras individuellt.

Styrsystemet, styranordningen och matningsanordningen kan innefatta an- tingen eller både och av analoga och digitala komponenter, moduler och /eller kretsar. Komponenterna, modulerna och kretsarna kan även realiseras i hårdvara, mjukvara, eller en kombination av hårdvara och mjukvara. Vidare kan systemet och anordningarna tillhandahållas inom en enda enhet som år anslutningsbar med lagringscellerna eller paketet, eller så kan de vara upp- delade på flera separata enheter placerade vid olika platser. De uppdelade enheterna kan då vara anslutna medelst elektriska ledningar och kan även kommunicera genom överföring och mottagning av elektromagnetiska eller ljudvägor som styr- och/ eller kommunikationssignaler.

Enligt en utföringsform av uppfinningen matas åtminstone två separata spänningar och strömmar samtidigt i åtminstone två separata spånnings- /strömgrenar till åtminstone två separata undergrupper av celler. Således kan båda undergrupperna av celler styras individuellt och oberoende. Före- trädesvis matas en mångfald av undergrupper samtidigt med separata spån- ningar och strömmar i separata spånnings-/strömgrenan Företrädesvis ma- tas åtminstone en majoritet av spånningarna och strömmarna i separata spånnings-/strömgrenar till undergrupper av lagringsceller innefattande lag- ringsceller anslutna i serie eller en enda lagringscell. Enligt en utföringsform av uppfinningen tillhandahålles ett flertal matningsanordningar och/ eller matningskretsar för matning av en mångfald separata undergrupper av lag- ringsceller i lagringspaketet med en separat spänning.

Enligt en utföringsform av uppfinningen har spänningen och strömmen som matas i den separata spånnings-/strömgrenen en spänningsmagnitud i om- rådet från en minsta spänning motsvarande en spänning som tillhandahålls av undergruppen av lagringsceller när lagringscellerna år tomma, till en max- irnal spänning motsvarande den maximalt applicerbara återuppladdnings- spänningen för undergruppen av lagringsceller, Således år den pålagda spänningen och strömmen tillräckligt stor för att påverka undergruppen av lagringsceller, medan den även är tillräckligt liten för att inte oavsiktligt ska- da undergruppen av celler. I en annan utföringsform motsvarar magnituden en spänning och ström som levereras av den åtminstone en undergruppen av celler under dríftförhållanden.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är styrsystemet och matníngsanord- ningen anordnade att individuellt återuppladda den åtminstone en under- gruppen av lagringsceller genom att mata nämnda spänning och ström i nämnda separata spännings-/strömgren till den åtminstone en undergrup- pen av lagringsceller. Således kan undergruppen av lagringsceller återupp- laddas med en spänning vars magnitud år anpassad både till typen av celler i undergruppen och den nuvarande statusen och / eller tillståndet hos cellerna.

Således kan lagringsceller av olika typ eller kvalitet också återuppladdas. Vi- dare, eftersom spänningen och strömmen matas till undergruppen separat, så är det inte nödvändigt att avleda eller förbruka överskottsenergin i syfte att skydda en specifik lagringscell. Således sparas både energi och tid i det att ingen energi förbrukas och i det att varje undergrupp kan återuppladdas med en mer lämplig spänning och ström. Enligt en utföringsform återuppladdas undergruppen av lagringsceller om spänningen hos åtminstone en under- grupp är över en gränsspänning, sådan att en gemensam återuppladdning bör undvikas.

Enligt en utföringsform av uppfinningen mottas kraften för återuppladdning av lagringspaketet och/ eller av individuella undergriipper av lagringsceller från en extern kraftkälla. Den externa kraftkållan kan vara det lokala kraft- nätet, eller någon annan källa till elektricitet. Enligt en utföringsform innefat- tar förfarandet avkänning av spännings- och strömnivån hos den externa kraftkällan och anpassning av en mottagningsmodul för att mottaga den före- liggande spännings- och strömnivån och att konvertera den till en nivå an- vändbar för uppfinningen. Mottagningsmodulen är anpassad att mottaga åt- minstone två olika spännings- och strömnivåer. Således kan samma mottag- ningsmodul mottaga olika typer av elektrisk kraft, så att fordonet kan använ- das i olika länder eller platser som har olika standarder för kraft eller olika typer av kraftkällor.

Enligt en utföringsform används lagringspaketet för att tillhandahålla elekt- risk energi till belastningen i syfte att driva belastningen, och spänningen och strömmen matas samtidigt i den separata spånnings-/strömgrenen till den åtminstone en undergruppen av lagringsceller. Således matas undergruppen medan belastningen är i drift. Företrädesvis uttas energi från lagringspaketet som en gemensam lagringspaketsström, medan den separata spänningen och strömmen samtidigt matas till den positiva och negativa polen hos åtminsto- ne en undergrupp av sammankopplade lagringsceller. Således kan under- gruppen av celler i lagringspaketet styras individuellt medan lagringspaketet används för att leverera energi. Således kommer spänningen som matas till undergruppen även att påverka spänningen och strömmen som uttas från paketet under faktisk användning, vilket gör det möjligt att styra lagríngspa- ketets funktion under användning av paketet för att tillhandahålla elektrisk energi.

För att inte överladda matningsanordningarna för mycket är det föredraget att mata undergruppen under driftsförhållanden med lägre effektuttag från lagríngspaketet. Företrädesvis matas undergruppen medan elektrisk effekt levereras från lagringspaketet, vilken är mindre än eller lika med 50 % av den maximala effekten som finns tillgänglig från lagríngspaketet. Företrädesvis matas undergruppen medan elektrisk effekt levereras från lagringspaketet, vilken är mindre än eller lika med 25 % av den maximala effekten som finns tillgänglig från lagríngspaketet. I en utföringsform matas undergruppen me- dan ingen effekt levereras av lagríngspaketet. Perioder med lägre eller ingen effekt kan uppstå under användningen av blastningen. I fallet med ett fordon och en belastning i form av en elektrisk motor kan sådana perioder uppstå under väntan på grönt ljus eller vid körning nerför en sluttning. Valet av så- dana perioder kommer naturligtvis att bero på tillämpning och på designen av styrsystemet och matningsanordningarna.

Enligt en utföringsform av uppfinningen uttas elektrisk energi från lagrings- paketet, och en spänning och ström matas i den separata spännings- /strömgrenen till den åtminstone en undergruppen av lagringsceller genom att återföra åtminstone en del av den uttagna elektriska energin till den åt- minstone en undergruppen av lagringsceller. Således förses undergruppen med en spänning och ström genom att använda en del av spänningen som genereras av lagringspaketet som helhet. Således kan undergruppen styras individuellt även om det inte finns någon extern kraft tillgängligt.

Enligt en utföringsform matas en spänning och ström i en separat spännings- /strömgren till åtminstone en undergrupp med åtminstone en lagringscell, vilken spänning och ström är anpassad att kompensera fór en skillnad mel- lan spännings- och/ eller strömnivån hos en undergrupp relativt åtminstone en annan undergrupp. Företrädesvis är den matade spänningen och ström- men anpassade att kompensera för skillnaden så att spänningarna och strömmarna som levereras av de två undergrupperna uppfattas som huvud- sakligen lika, och så att de åtminstone inte skiljer sig åt mer än 10 % från varandra. Således kan lagringsceller av olika typer och/ eller med olika spän- ningar på grund av tillverkningsvariationer anordnas inom samma lagrings- paket, eftersom skillnaderna kan kompenseras för med den pålagda spän- ningen. Detta leder i sin tur till att tillverkningen av paketet förenklas efter- som det inte längre är nödvändigt att utföra testning och gruppering av lag- ringscellerna. Vidare förenklas användningen av ett mindre antal större cel- ler.

Enligt en utföringsform av uppfinningen matas en spänning och ström i en separat spännings-/strömgren till åtminstone en undergrupp med en lägre laddningsnivå för balansering av lagringspaketet. Företrädesvis matas en un- dergrupp av lagringsceller, vilken undergrupp har en laddningsnivå under medelladdningsnivån för lagringscellerna i lagringspaketet. Företrädesvis av- känns laddningsnivåerna i åtminstone en undergrupp av lagringsceller och jämförs relativt en medelladdningsnivå för åtminstone majoriteten av under- grupperna i lagringspaketet. Företrädesvis är styrsystemet och/ eller mat- ningsanordningen även anpassad att undvika att mata en undergrupp av lag- ringsceller med en energinivå ovan medelenerginivån i lagringspaketet. Såle- des återuppladdas undergrupperna med de lägsta energinívåerna upp till energinívåerna hos de andra lagringscellerna , vilket leder till en balansering av energinívåema hos lagringscellerna i lagringspaketet. Således kommer åt- minstone en majoritet av undergrupperna av lagringsceller i lagringspaketet att ha nära samma laddningsnivåer. Företrâdesvís balanseras lagringspaketet genom användning av energi från lagringspaketet i sig, varvid lagringspaketet är självbalanserande. Således elimineras eller minskas risken för att en un- dergrupp eller cell kommer att tömmas innan andra undergrupper eller celler i paketet. Således kan både en större effekt levereras av paketet, och även mängden energi som lagríngspaketet kan leverera innan det måste stängas ned ökas.

I en utföringsform utförs balanseringen medan belastningen är i drift, varvid lagríngspaketet kontinuerligt balanseras under sin användning. I en annan utföringsform balanseras lagríngspaketet medan lagríngspaketet är passivt.

Företrädesvis balanseras lagríngspaketet då medan lagríngspaketet undviker att leverera elektrisk energi till en extern belastning. I ytterligare en annan utföringsform balanseras lagríngspaketet så snart som lagríngspaketet upp- täcks vara obalanserat och det finns antingen extern kraft tillgängligt eller effekten som levereras av lagríngspaketet till en extern belastning är tillräck- ligt liten för att medge självbalansering.

Enligt en utföringsform matas undergruppen med en spänning anpassad att förhindra lagringscellen från att leverera energi i fall att energinivån i under- gruppen är nära att tömmas. Genom att mata undergruppen med en spän- ning ovan den förekommande spänningen hos undergruppen så kommer eventuell ström som uttas att tas från matningsanordningen istället för från lagringscellen. Således är det möjligt att fortsätta att använda lagríngspaketet utan risk för att skada den nästan tömda cellen, eftersom den hindras från att leverera energi. Vidare förhindras att cellen skadas. I en utföringsform motsvaras den matade spänningen av spänningen som normalt levereras av undergruppen av åtminstone en lagringscell. I en annan utföringsform mot- svarar den matade spänningen och strömmen mot spänningen och strömmen som levereras av cellen när den kortsluts, dvs. när endast inre resistans be- gränsar strömmen. Företrädesvis matas undergruppen med en högre spän- ning än den förekommande spänningen hos undergruppen, varvid under- gruppen även återuppladdas av spänningen och strömmen matad till under- gruppen. Således så både förhindras undergruppen från att leverera någon mer energi och återuppladdas på samma gång.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen används lagringspaketet till att leverera elektrisk energi till belastningen för att driva belastningen i ett första, aktivt tillstånd, efter vilket belastningen drivs i ett andra, regenerativt tillstånd i vilket belastningen konverterar uppbyggd energi i belastningen till en regenererad spänning och ström, och åtminstone en del av den regenere- rade spänningen och strömmen matas som en spänning och ström i en sepa- rat spännings-/strömgren till åtminstone en undergrupp av lagringsceller.

Således återuppladdas undergruppen av den regenererade kraften. Företrä- desvis uttas energin från lagringspaketet som en gemensam, lagringspakets- ström som levereras till en elektrisk motor för konvertering till kinetisk energi för drivning av motorn i ett första, drivtillstånd, och motorn körs sedan i ett andra, generatortillstånd, varvid den elektriska motorn konverterar den upp- byggda kinetiska energin till en regenererad spänning och ström. Den, eller delar av den, regenererade spänningen och strömmen matas sedan separat till en positiv och en negativ pol hos åtminstone en undergrupp av lagrings- celler. Enligt en utföringsform av uppfinningen riktas den regenererade spän- ningen och strömmen till en eller flera undergrupper som funnits ha de lägsta energinivåerna i lagringspaketet. Således kan den regenererade spänningen användas för balansering av cellerna i paketet, vilket i sin tur innebär att pa- ketet kan användas mer effektivt.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen riktas den regenererade spänningen till en andra belastning i apparaten som drivs av lagringspaketet.

Eftersom effektiviteten vid återuppladdningsprocessen är lägre än 100 % så förloras åtminstone en del energi vid återuppladdningen. Således är det mer effektivt att använda den regenererade spänningen att driva en andra belast- ning, om den existerar, snarare än att först lagra endast en del av den rege- nererade energin och sedan driva den andra belastningen med den lagrade delen. En andra belastning kan vara ett tillsatssystem, såsom ett klimatsy- stem i fall att apparaten är ett fordon. Detta är speciellt användbart vid kallt väder, eftersom en elektrisk motor i allmänhet inte genererar tillräckligt med spillvärme för att värma passagerarutrymmet, utan energin för uppvärmning normalt måste tas från lagringspaketet. ll Enligt en utföringsform av uppfinningen övervakas statusen hos åtminstone en undergrupp av lagringsceller. Företrädesvis innefattar styrsystemet och/ eller matningsanordningen en övervakningsmodul anordnad att överva- ka statusen hos den åtminstone en undergruppen av lagringsceller. Företrä- desvis övervakas även antalet och typen av lagringsceller i en undergrupp av lagringsceller och kommuniceras till ett styrsystem. Således kommer styrsy- stemet att veta antalet och typen av celler och kan ta hänsyn till detta vid styrningen av paketet. Företrådesvis övervakas även tillståndet och / eller energinivån hos den åtminstone en undergruppen av lagringsceller. Företrä- desvis styrs lagríngspaketet baserat på informationen om de nuvarande ener- ginivåerna i lagringscellerna.

Enligt en utföríngsform av uppfinningen genereras en larmsignal vid detek- tion av en avvikande status eller ett fel, och i synnerhet vid detektion av ett fatalt fel. Företrädesvis innefattar matningsanordningen en larmmodul an- passad att generera larmsignalen vid detektionen av ett fel. Lagringspaketet kan då stängas av vid mottagandet av larmsignalen. Företrädesvis stängs lag- ríngspaketet ned helt. Företrådesvis frånkopplas vidare undergrupperna av lagringsceller i lagríngspaketet från varandra. Således minskar den maximala spänningen i fordonet, vilket minskar risken för personskador på grund av elektriska stötar.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar styrsystemet åtminstone en försörjningsmodul anslutningsbar med ett flertal matníngsanordningar och som är anpassad att tillhandahålla en gemensam matningsspänning och ström till åtminstone majoriteten av matningsanordningarna. Företrädesvis innefattar på motsvarande sätt var och en av matningsanordningarna en mottagningsmodul anordnad att mottaga den gemensamma matningsspän- ningen och strömmen, och en omvandlare anordnad att konvertera den mot- tagna gemensamma matningsspänningen och strömmen till en separat mat- ningsspänning och ström för matning av var och en av den åtminstone en undergruppen av lagríngsceller i en separat spännings-/strömgren Således är matníngsanordningarna försörjda med energi för matning av sin under- grupp av celler på ett enkelt och effektivt sätt. De separata matningsanord- 12 ningarna är vidare anpassade att konvertera den gemensamma matnings- strömmen till separata matningsspänningar och strömmar individuellt och oberoende, så att varje matningsanordning kan mata sin egen optimerade spänning och ström till sin associerade undergrupp. Företrädesvis levereras den gemensamma matningsströmmen till åtminstone majoriteten av mat- ningsanordningarna med en och samma elektriska krets. Således kan den nödvändiga mängden av elektriska ledningar minskas dramatiskt. Företrä- desvis är styrsystemet även anordnat att sända styrsignaler till matníngsan- ordningarna för att styra tillståndet och/ eller funktionen hos matningsan- ordningen. Således kan styrsystemet styra vilka undergrupper som matas med spänning genom att styra de individuella matningsanordningarna.

Enligt en utföringsforma av uppfinningen är, för åtminstone majoriteten av lagringscellerna i lagringspaketet, varje lagringscell försedd med en separat matningsanordning anordnad att mata en spänning och eller ström till den cellen. Således kan varje cell som så utrustats styras individuellt. Företrädes- vis år matningsanordningen fäst på lagringscellen. Matningsanordningen kan vara en mikrokontroller eller en kombination av en eller flera mikrokontroller med hjälpkretsar.

Enligt en utföringsform av uppfmningen är matningsanordningen anordnad att mata en spänning och/ eller ström till undergruppen i ett aktivt tillstånd, och att undvika matning av spänningen och strömmen till undergruppen i ett passivt tillstånd. Företrädesvis är matningsanordningen anordnad att koppla från anslutningen mellan den positiva och den negativa polen genom mat- ningskretsen i ett andra, passivt tillstånd. Således kommer det att finnas mindre läckström genom matningsanordningen.

Enligt en utföringsform av uppfmningen är lagringspaketet och styrsystemet för styrning av lagringspaketet anpassade att installeras i ett elektriskt drivet fordon och är anordnade för att leverera framdrivningsenergi till fordonet.

Fordonet kan vara ett fartyg, såsom ett skepp eller luftfarkost. Företrädesvis är fordonet ett landbaserat, motordrivet fordon. Företrädesvis är styrsystemet 13 och lagringspaketet anpassade för användning i och/ eller anordnad i en per- sonbil.

KORT BESKRIVNING AV BIFOGADE RITNINGAR Uppfinningen skall nu beskrivas som ett antal icke~begränsande exempel av uppfinningen med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Fig. 1 visar ett fordon som innefattar ett styrsystem för styrning av ett lagringspaket innefattande ett flertal lagringsceller för elenergi enligt ett exempel av uppfinningen.

Fig. 2 visar en lagringscell försedd med en matningsanordning enligt ett exempel av uppfinningen.

Fig. 3 visar ett exempel på ett förfarande enligt uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING I ñg. 1 visas ett elektriskt fordon 1 innefattande en belastning i form av en elektrisk motor 3 för drivning av rotationen av ett drivhjul 5 för framdrivning av fordonet. Det elektriska fordonet 1 innefattar ett lagríngspaket 7 anordnat att lagra och tillhandahålla elektrisk energi till den elektriska motorn 3. Lag- ringspaketet 7 innefattar ett flertal lagringsceller 9. Varje lagringscell 9 är an- passad att lagra energi individuellt och att tillhandahålla den lagrade energin som en elektrisk spänning och ström. I detta exempel är lagringscellerna sammankopplade och anordnade att tillhandahålla den lagrade energin gemensamt med de andra lagringscellerna 9 i paketet som en gemensam, lag- ringspaketsspänning och ström. I detta exempel är lagringscellerna 9 åter~ uppladdningsbara galvaniska celler, i detta exempel Litiumjärnfosfatceller, med en maximal utgångsspänning på 3,7 V. I detta exempel är alla lagrings- celler vidare anslutna i serie, varmed en positiv pol hos en cell är ansluten med en negativ pol hos en granncell. 14 Fordonet 1 innefattar vidare ett styrsystem 13 som innefattar en styranord- ning 15 för styrning av lagringspaketet 7, och ett flertal matningsanordningar 17, varvid varje matningsanordning 17 är ansluten till en undergrupp av de sammankopplade lagringscellerna i lagringspaketet. I detta exempel visas undergrupper som innefattar fem, tre, två och en enda lagringscell, varvid en matningsanordning 17 är ansluten till varje undergrupp av lagringsceller 9. I ett annat exempel kan emellertid undergruppen innehålla upp till tio celler och / eller upp till tio procent av lagringscellerna i paketet. I detta fall är mat- ningsanordningen ansluten mellan polerna som är längst ifrån varandra från en elektrisk synvinkel.

I fig. 2a visas en undergrupp innefattande en enda lagringscell 9 försedd med en matningsanordning 17 i närmare detalj. Lagringscellen 9 innefattar en för- sta, positiv pol 19, och en andra, negativ pol 21, för att leverera ett individu- ellt bidrag till den gemensamma försöijningsströmmen från lagringspaketet.

Matningsanordningen 17 är ansluten mellan den positiva 19 och den negati- va polen 21 på den individuella lagringscellen 9. Matningsanordningen 17 är i detta exempel placerat fysiskt fäst på cellen 9, men i ett annat exempel kan matningsanordningen vara belägen någon annanstans, såsom tillsammans med eller inom styranordningen, och kan vara ansluten till polerna hos un- dergrupperna eller lagringscellen via elektriska ledningar.

Styrsystemet 13 och styranordningen 15 är anpassade att styra flertalet mat- ningsanordningar 17 att mata spänningar och strömmar i separata spän- nings-/strömgrenar till de positiva och negativa polerna hos en mångfald av undergrupper av lagringsceller 9 i lagringspaketet 7. Matningsanordningen 17 innefattar således en matningskrets 23 ansluten mellan en positiv och en negativ pol hos varje undergrupp, vilken matningskrets 23 är anordnad att mata den separata spänningen till de två polerna baserat på styrsignaler från styranordningen 15. Varje matningsanordning 17 är vidare anordnad att mata spänningen oberoende från de andra matningsanordningarna, varvid varje undergrupp eller lagringscell kan styras separat. Varje matningsanord- ning 17 bildar således en separat spännings-/strömgren för matning av en separat spänning och ström till undergrlippen med åtminstone en lagrings- cell.

Fordonet l innefattar vidare en kraftanslutning 25 anpassad att anslutas till en extern kraftkälla 26. Kraftanslutningen 25 är vidare ansluten med en kraftmottagningsmodul 27 som innefattar en variabel omvandlare anpassad att konvertera den mottagna kraften till en form som är användbar för styrsy- stemet 13. I detta exempel konverterar kraftmottagningsmodulen 27 den mot- tagna kraften till en 24 V likström. Kraftmottagningsmodulen 27 är vidare anpassad att avkänna typen och magnituden hos den elektriska kraften mot- tagen från den externa kraftkällan 26, och att styra konverteringen av kraften i enlighet därmed, så att fordonet kan anslutas till ett stort antal olika kraft- källor, såsom kraftnät med olika lokala, nationella och/ eller internationella standarder.

Styrsystemet 13 är vidare anpassat att styra matningsanordningarna 17 att återuppladda den åtminstone en undergruppen av lagringsceller separat och individuellt, genom att mata nämnda spänning och ström i en separat spän- nings-/strömgren till den positiva 19 och den negativa polen 21 hos den åt- minstone en undergruppen. Således är det möjligt att återuppladda varje un- dergrupp eller cell individuellt, så att undergrlippen kan laddas även om en annan undergrupp är fullt laddad, och utan att behöva förbruka eventuell överskottsström, och inte heller minska laddningsspänningen, för att skydda mot att skada andra, fullt laddade celler. Vidare är det möjligt att ladda ett paket som innefattar celler som har olika utgångsspänning. I detta exempel är styrsystemet 13 anpassat att samtidigt återuppladda åtminstone två un- dergrupper av lagringsceller genom att styra matningsanordningarna 17 att samtidigt mata de åtminstone två undergrupperna med två separata spän- ningar och strömmar i två separata spännings-/ strömgrenar.

I detta exempel är styrsystemet 13 även anpassat att ladda åtminstone en majoritet av lagringscellerna i lagringspaketet 7 med en gemensam ladd- ningsström genom en gemensam laddningsledning 12. Genom att ladda med en gemensam laddningsström är det enklare att ladda med en större kraft, 16 varmed laddningen går fortare. Styrsystemet 13 är vidare anordnat att redu- cera den gemensamma laddningskraften och att därefter avsluta den gemen- samma laddningskraften när lagringscellerna 9 blir mer och mer fullt ladda- de, och att sedan byta om till individuell laddning av undergrtipperna eller cellerna.

Varje matningskrets 23 innefattar en konverterare och är anpassad att mata lagringscellen 9 med en variabel spänning, beroende på behov och syfte. I detta exempel är matníngsanordníngarna anordnade att mata lagringsceller- na 9 med en spänning i området från den lägsta spänningen som tillhanda- hålls av en cell, till den högsta spänningen med vilken cellen kan återupplad- das, utan att bli skadad. I detta exempel kan spänningen som matas till lag- ringscellen 9 variera mellan 3,0 - 4,5 V.

Styrsystemet 13 innefattar vidare en belastningsstyrningsmodul 28 anpassad att styra driften av belastningen, i detta exempel den elektriska motorn 3, och kraften som levereras till belastningen från lagringspaketet 7. Styrsystemet 13 och/ eller matníngsanordníngarna 17 är vidare anordnade att mata spän- ningen och strömmen i den separata spännings-/strömgrenen till under- gruppen av lagringsceller medan belastningen är i drift. Således styr styrsy- stemet 13 även indirekt kraftförsörjningen från lagringspaketet 7 genom att mata separata spänningar till de individuella cellerna medan belastningen är i drift.

Styrsystemet 13 innefattar vidare en paket-till-cell-omvandlare 29, anpassad att mottaga elektrisk kraft från lagringspaketet, i detta exempel via belast- ningsstyrningsmodulen 28 och att återföra en del av den gemensamma lag- ringspaketströmmen tillbaka till en matningsanordning 17 för matning av en lagringscell 9 med en separat spänning. Således kan de styrda undergrup- perna matas med en spänning medan belastningen körs genom att återföra en del av spänningen som genereras av lagringspaketet 7 som helhet.

Styrsystemet 13 och/ eller matníngsanordníngarna 17 är vidare anordnade att mata en separat spänning till lagringsceller som har en utrnatningsspän- 17 ning som skiljer sig från medelcellspänningen, vilken spänning är anpassad så att den kompenserar för spänningsskillnaden och jämnar ut utgångs- spänningarria mellan cellerna i lagringspaketet 7. I detta exempel matar matningsanordningen en separat kompenseringsspänning till celler som har en utgångsspänning som varierar med mer än 15 % från medelspänningen, men vilken annan lämplig skillnad som helst kan väljas beroende på tillämp- ningen. En cell som har en skiljaktig utgängsspännings, till exempel på grund av tillverkningsvariationer, kan skadas eller kan påverka lagringspake- tet negativt genom att driva en onödig återuppladdning i närliggande celler.

Genom att kompensera för spänningsskillnader är det inte nödvändigt att utföra omfattande testning och gruppering av celler efter tillverkning men in- nan montering av lagringspaketet, vilket kan sänka tillverkningskostnaderna.

Styrsystemet 13 och / eller matningsanordningen 17 är vidare anpassade att mata en separat spänning och ström i en separat spännings-/strömgren till en lagringscell som har en lägre energinivå än medelenerginivån för cellerna i lagringspaketet 7, vilken spänning och ström är anpassad att driva en åter- uppladdning av cellen. Således återuppladdas celler som har låga energinivå- er, så att lagringspaketet 7 blir balanserat. I detta exempel är styrsystemet 13 och/ eller matningsanordningen 17 anpassad att mata en separat spänning och ström till en lagringscell som har en energinivå lägre än 15 % av medel- energinivån, men i ett annat exempel kan vilken annan lämplig skillnad som helst väljas beroende på tillämpning. I detta exempel är styrsystemet och matningsanordningarna 17 anpassade att balansera lagringspaketet 7 under driften av belastningen, och med energi taget från lagringspaketet 7 självt, så att lagringspaketet kontinuerligt balanseras av styrsystemet 13. Styrsystemet 13 är anordnat att balansera lagringspaketet endast när strömmen som be- hövs tas från matningsanordningarna är låg, för att inte skada matningskret- sarna 23. I detta exempel kan lagringspaketet 7 till exempel balanseras vid stillastående, under decellerationer, när fordonet inträder en nedåtlutande sluttning, eller när uppbyggd kinetisk energi hos fordonet 1 är tillräckligt för att förflytta fordonet. 18 Styrsystemet 13 och / eller matningsanordningen 17 är vidare anpassade att mata en separat spänning och ström i en separat spännings-/strömgren, i detta exempel bildade av matningsanordningarna 17, till en lagringscell som har en sådan låg energinivå att ytterligare uttag av energi kan skada cellen. I detta exempel är styrsystemet 13 och/ eller matningsanordningen anpassade att mata en separat spänning och ström till en lagringscell som har en ener- ginivå mindre än 10 % av energinivån hos en fullt laddad cell. 0 %-nivån tas här att vara nivån under vilken cellen kan skadas av att den blir tömd. Den separata spänningen och strömmen är anpassad att förhindra ytterligare energiuttag från cellen genom att matningsanordningen tillhandahåller den nödvändiga kraften istället. I detta exempel är matningsanordningen 17 an- ordnad att mata en separat spänning och ström till den positiva och den ne- gativa polen hos lagringscellen 9 motsvarande den normala utmatningsspän- ningen och strömmen från cellen 9. Således kan lagringspaketet 7 samtidigt fortsätta att leverera elektrisk energi till den elektriska motorn 3, eftersom lagringscellen med låg energi förhindras från att leverera någon mer energi så att cellen inte kommer att skadas. Således är det inte nödvändigt att begrän- sa leveransen av energi från lagringspaketet som helhet, bara på grund av låga energinivåer i en eller några få lagringsceller eftersom cellerna med låg energi inte längre kommer att leverera någon energi.

Styranordningen 15 är vidare anpassad att återföra en del av strömmen som dras från lagringspaketet till matningsanordningen 17 för matning av spän- ningen till lågenergilagringscellen 9. Således kommer lågenergicellen att för- hindras från att leverera mer energi genom användning av energi från de andra cellerna i lagringspaketet. Även om en del energi förloras på grund av resistans på detta sätt, så kommer faktiskt en större del av energin i paketet att kunna användas för driften av fordonet, eftersom det inte är nödvändigt att begränsa energileveransen från paketet så tidigt. Uppskattningar visar att genom användning av kompensering, balansering och hindrande av celler från att leverera energi såsom beskrivits ovan, så blir runt 10 % mer energi tillgängligt för driften av fordonet, eftersom det finns mindre behov av att be- gränsa energiuttaget från lagringspaketet 7. Således kan fordonets räckvidd ökas. Vidare återuppladdar matningsanordningen samtidigt lågenergicellen, 19 varvid lagringscellerna i lagringspaketet blir mer balanserade och således kan även cellernas livslängd förbättras.

I fall att fordonet decellereras är den elektriska motorn 3 anordnad att funge- ra som en generator och att konvertera den uppbyggda kinetiska energin, i form av fordonets hastighet, till en regenererad spänning och ström. Styrsy- stemet 13, i detta exempel styranordningen 15, innefattar en andra mottag- ningsmodul 31 anpassad att mottaga den regenererade strömmen från den elektriska motorn 3. Styrsystemet 15 är vidare anpassat att styra matnings- anordningarna 17 att mata den regenererade strömmen i en separat spån- nings-/strömgren till den positiva och negativa polen av åtminstone en un- dergrupp av sammankopplade lagringsceller. I detta exempel styr styrsyste- met 15 matningsanordningarna 17 att mata den regenererade strömmen till lagringsceller 9 som har en lägre energinivå än medelenerginivån för alla cel- ler i lagringspaketet. Således används den regenererade spänningen för ba- lansering av lagringspaketet 9 under körning av fordonet.

Med hänvisning till fig. 2 innefattar matningsanordningen 17 en övervak- ningsmodul 33 anordnad att övervaka statusen hos lagringscellen 9, en mat- ningsstyrningsmodul 32 för styrning av matningen av en ström och/ eller spänning till lagringscellen 9, och en matningskommunikationsmodul 34.

Matningsstyrningsmodulen 32 är anpassad att styra övervakningsmodulen 33, och, genom övervakningsmodulen 33, även matningskretsen 23. Mat- ningskommunikationsmodulen 34 är i detta exempel en kommunikations- buss ansluten med styranordningen 15, för att medge kommunikation mellan matningsanordningen 17 och styranordningen 15. Övervakningsmodulen 33 är ansluten till matningskretsen 23 i syfte att mäta spänningen mellan de två polerna 19, 21. Matningsstyrningsmodulen 32 är anpassad att mottaga in- formation om spänningsnivån och att uppskatta energin eller laddningsnivån inuti lagringscellen 9. I fall att cellen 9 är ett batteri som har en platt ladd- ning-till-spännings-kurva är matningsstyrningsmodulen 32 anordnad att uppskatta laddningen genom att utföra beräkningar baserade på tidsintegra- len av strömuttaget från lagringscellen 9. I detta exempel är matningsstyr- ningsmodulen 32 och övervakningsmodulen 33 båda míkrokontrollers, men i ett annat exempel kan modulema vara en del av ett mjukvaniprograrn eller vara någon annan form av elektronisk anordning. Övervakningsmodulen 33 är anordnad att övervaka åtminstone en tillstånds- variabel hos undergruppen av lagringsceller för elektrisk energi i lagringspa- ketet för elektrisk energi till vilken övervakningsmodulen är ansluten. I detta exempel övervakar övervakningsmodulen 33 status och tillstånd som kan på- verka funktionen hos lagringscellen 9, såsom temperatur, spänning, ladd- ningsnivå, nuvarande energinivä, ålder, etc. Matningsstyrningsmodulen 32 är i sin tur anordnad att tillhandahålla information såsom typen av lagringscell, maximal laddningsnivå, maximal laddningsström, minimal laddningsnivä, och antalet lagringsceller i fall att matningsanordningen är ansluten till en undergrupp som innefattar flera lagringsceller. Informationen kan användas intern av matningsstyrningsmodulen 32 för att utföra beräkningar, mem- kommuniceras i detta exempel till styranordningen 15 genom kommunika- tionsbussen 34. Matningsstyrningsanordningen 32 är vidare anordnad att mottaga styrsignaler från styranordningen 15 avseende mätningen av spän- ning till lagringscellen 9. Energinivån i en lagringscell 9 kan avkännas genom att avkänna potentialskillnaden som genereras mellan den positiva och den negativa polen, eller så kan den beräknas genom övervakning av strömutta- gen och strömínmatningen in i lagringscellen för elektrisk energi och beräk- ning av energinivån baserat på informationen.

Styranordningen 15 är anordnad att motta informationen om undergrupper- na av celler i lagringspaketet 7 och att utföra nödvändiga beräkningar och /eller jämförelser för att styra matningsanordningarna 17 och således lag- ringspaketet såsom beskrivits ovan. Styranordningen 15 är anordnad att ge- nerera styrsignaler till flertalet av matningsanordningar, vilka överförs genom en andra kommunikationsbuss 39 till matningskommunikationsmodulen 34 hos de individuella matningsanordningarna. Styrsignalerna utges till varje matningsanordning separat, så att olika matningsanordningar kan ges olika order beroende på tillstånd och status hos dess associerade undergrupp av lagringsceller. 21 Styrsystemet 13 innefattar en försörjningsmodul 37 anordnad att mottaga kraft, antingen från lagringspaketet, från en extern kraftkälla eller från rege- nererad kraft, och att konvertera kraften till en gemensam matníngsspän- ning, vilken levereras direkt till matningskretsarna 23 i matningsanordning- arna. Den gemensamma matningsspänningen är företrädesvis 80-100 V.

Matningskretsen är anordnad att konvertera den gemensamma matnings- spänningen till en lämplig matningsspänning, baserat på styrsígnaler mot- tagna från matningsstyrningsmodulen 32. Således matas alla matningsan- ordningar 17 med kraft från samma källa. Matningskretsen 23 innefattar en styrbar konverterare, och genom att styra konverteringen i matningskretsen 23 så kan olika spänningar matas till undergruppen eller cellen, beroende på det aktuella behovet.

Matningsanordningen 17 är anordnad att stänga av konverteringen i mat- ningskretsen 23 i ett passivt tillstånd av matningsanordningen 17, varvid an- slutningen mellan de två polerna genom matningskretsen bryts för att undvi- ka en ström mellan de två polema, till exempel när det inte finns något behov av att styra undergruppen eller lagringscellen 9. Således finns det mindre läckström vid användning av lagringspaketet 7 för att tillhandahålla energi när lagringspaketet är i vila.

I detta exempel innefattar matningsanordningen 17 vidare en larmmodul 35 anpassad att generera en larmsignal i fall att övervakningskretsen upptäcker ett avvikande tillstånd, ett fel, eller ett fatalt fel. Styrsystemet 15 är då anord- nat att omedelbart stänga ned lagringspaketet för att förhindra eventuell yt- terligare energiuttag från paketet. I detta exempel är styrsystemet 15 även anordnat att bortkoppla undergrupper av lagringsceller från varandra, varvid den högsta spänningen minskas från den kombinerade spänningen hos seri- ellt ansluta celler till en lägre spänning av en undergrupp av celler eller en enkel cell.

I ñg. 3 visas ett exempel på ett förfarande enligt uppfinningen. Det bör förstås att stegen i förfarandet inte behöver utföras i den beskrivna ordningen, utan kan bytas om beroende på de faktiska omständigheterna vid användning, till 22 exempel beroende på valen från en operatör. I detta fall är lagringspaketet anordnat inuti ett elektriskt fordon, vilket är en föredragen utföringsform, men förfarandet kan även användas i förhållande till andra former av appara- ter.

I ett första steg 41 innefattar förfarandet övervakning av energínivåerna i åt- minstone en undergrupp av lagringscellerna i lagringspaketet. I detta exempel övervakas alla cellerna i lagringspaketet, och vidare övervakas varje lagrings- cell individuellt. Förfarandet innefattar även övervakning av statusen och till- ståndet hos lagringscellerna i lagringspaketet. Förfarandet innefattar vidare generering av ett informationsmeddelande avseende statusen, tillståndet, och typen av åtminstone en lagringscell i lagringspaketet. Undergruppen av lag- ringsceller kan till exempel övervakas genom matningsanordningarna såsom tidigare beskrivits. Övervakningen av statusen, tillståndet och energinivåerna fortsätter i detta exempel under hela användningen av förfarandet, och år således inte begrän- sat till endast det första steget 4l. I fall att energinivån hos åtminstone en cell är låg, och möjligen i fallet att energinivån i lagringspaketet som helhet år låg, presenteras ett meddelande om att energin år låg för en operatör.

I ett andra steg 42 ansluter operatören styrsystemet för styrning av lagrings- paketet till en extern kraftkålla. Förfarandet innefattar då mottagning av kraft från den externa kraftkällan, i detta fall från kraftnätet. Förfarandet innefat- tar avkänning av strömmen och/ eller spånningsnivån hos den externa kraft- källan och anpassning av en mottagningsmodul att mottaga den avkända strömmen och/ eller spånningsnivån. Således kan fordonet anslutas till många former av olika kraftkållor, vilket år fördelaktigt eftersom fordonet kan flyttas mellan länder som har olika kraftnät.

I ett tredje steg 43 innefattar förfarandet initiering av laddning av lagringspa- ketet genom matning av en liten, gemensam laddningsström till åtminstone majoriteten av lagringscellerna i lagringspaketet. I detta exempel år lagrings- cellerna anslutna i serie, varvid förfarandet innefattar matning av den gemen- 23 samma laddningsströmmen till alla celler genom anslutning till och matning av strömmen till polerna hos de yttersta cellerna i paketet. Den inledande laddningen kan under vissa förhållanden vara nödvändig för att sensorer skall kunna avkänna de nuvarande energinivåerna i cellerna. I annat fall kan det tredje steget 43 valbart utelämnas.

I ett fjärde steg 44 innefattar förfarandet ökning av den gemensamma ladd- ningsströmmen och/ eller spänningen vid mottagning av information som in- dikerar att energinivåerna i cellerna är under en första gränsnivå. Den första gränsnivån är i detta exempel satt till 20 % under den maximala, säkra ener- ginivån för varje individuell cell, varmed det garanteras att cellerna inte över- laddas. I ett annat exempel kan gränsnivån väljas vid en nivå från 20 % till 5 % under den maximala laddningsnivån hos en lagringscell eller en under- grupp av lagringsceller. Den gemensamma laddningsströmmen ökas till en lämplig ström för snabb laddning av lagringspaketet. Genom att ladda alla celler i paketet tillsammans erhålles en mindre resistans vilket leder till en effektivare återuppladdning.

I ett femte steg 45 innefattar förfarandet mottagning av information om att energinivån hos åtminstone en lagringscell år över den första gränsnivån.

Förfarandet innefattar då reducering av den gemensamma laddningsström- men till lagringspaketet. Således minskar laddningshastigheten så att sanno- likheten för att en cell skadas reduceras.

I ett sjätte steg 46 innefattar förfarandet avslutning av leveransen av den ge- mensamma laddningsströmmen till lagringspaketet vid mottagning av infor- mation om att energinivån hos åtminstone en laddningscell är över en andra, högre grånsnivå. I detta exempel år den andra, högre gränsnivån satt till 5 % under den maximala, säkra energinivån för varje individuell cell. Således av- slutas den gemensamma laddningen så snart som en cell närmar sig sin maximala energinivå, varvid risken för skador ytterligare minskas. I ett annat exempel kan den andra gränsnivån väljas vid en nivå från 15 % till 3 % un- der den maximala laddningsnivån för en lagringscell eller en undergrupp av- lagringsceller. 24 I ett sjunde steg 47 innefattar förfarandet matning av en spänning och ström i en separat spännings-/ strömgren till en positiv och en negativ pol av åtmin- stone en undergrupp, i detta exempel till en majoritet av undergrupperna i lagringspaketet. Det sjunde steget innefattar vidare återuppladdning av mångfalden av undergrupper av lagringsceller individuellt genom matning av nämnda separata spänning och ström till den positiva och den negativa polen hos åtminstone en undergrupp. I detta exempel innefattar varje undergrupp endast en lagríngscell, varvid varje cell laddas individuellt. Den individuella laddningen av undergrupperna kan initieras efter antingen eller både och av reduktionen i steget 45 eller avslutningen av den gemensamma laddnings- strömmen i steget 46.

I detta exempel har den separata spänningen och strömmen som matas till varje undergrupp en initial maximal magnitud motsvarande den gemensam- ma laddningsspänningen delad på varje undergrupp. Baserat på den mottag- na informationen om den individuella energinivån för varje cell så minskas magnituden av den individuella, separata spänningen tills lagringscellen är fullt laddad. Den individuella separata spänningen kan då sättas lika med spänningen hos den fullt laddade cellen, varmed ingen laddning och inget uttag av energi från cellen sker. Alternativt kan matningsanordningen kopp- las från, så att det inte längre finns någon anslutning mellan den positiva och den negativa polen hos cellen. Detta kan till exempel utföras av en styranord- ning, en matningsanordning, eller en kombination av de två.

I ett åttonde steg 48, när alla, eller nästan alla, lagringsceller i paketet är fullt laddade avslutas matningen av den individuella, separata spänningen och strömmen till cellerna. Alternativt kan de individuella, separata spänningarna och strömmarna avslutas genom bortkoppling av styrsystemet från det exter- na kraftnätet.

I ett nionde steg 49 beslutar operatören sig för att köra fordonet, varvid förfa- randet innefattar leverering av elektrisk energi till en eller flera elektriska mo- torer genom att varje cell gemensamt levererar en gemensam lagringspakets- spänning och ström till de elektriska motorerna från paketet. Alternativt kan förfarandet även innefatta styrning av kraftförsörjningen från lagringspaketet för elektrisk energi till den elektriska motorn.

I ett tionde steg 50 innefattar förfarandet avkänning av en lägre spänningsni- vå i åtminstone en undergriipp av lagringsceller. Förfarandet innefattar även avkänning av medelladdningsnivån för åtminstone majoriteten av undergrup- per i lagringspaketet och jämförelse av de avkända laddningsnívåerna för de individuella lagringscellerna med medelladdningsnivån. Förfarandet innefat- tar vidare matning av en spänning och ström i en separat spännings- / strömgren till åtminstone en undergrupp med en laddningsnivå som är lägre än medelladdningsnivån, varvid lagringspaketet balanseras. Förfarandet in- nefattar även att undvika matning av en undergrupp med lagringsceller med en medelenerginivå högre än medelenerginivån hos lagringspaketet. Således återuppladdas undergrupper med låga energinivåer, vilket leder till en balan- sering av energinivåerna i lagringscellerna i lagringspaketet. I detta exempel utförs balanseringen medan belastningen är i drift, varvid lagringspaketet kontinuerligt balanseras under dess användning. I detta exempel matas un- dergrupperna under driftsförhållanden med lägre kraftförbrukning. När man kör ett fordon finns perioder under vilka det inte finns något behov av att till- handahålla ytterligare framdrivning, såsom när man kör nerför en sluttning eller liknande. Genom att balansera lagringspaketet under perioder med lägre energiförbrukning ställs lägre krav på spännings-/ strömgrenen att tillhanda- hålla hög energiutveckling. Genom att konstant balansera lagringspaketet under den faktiska användningen av fordonet så återställs kontinuerligt laddningsnívåerna hos lagringscellerna med den lägsta prestandan, varvid den totala energin som kan levereras av lagringspaketet kan ökas med en re- jäl mängd.

I ett elfte steg 51, i fall att föraren decellererar fordonet, innefattar förfarandet att de elektriska motorerna drivs som generatorer istället för motorer. Förfa- randet innefattar således mottagning av regenererad kraft från den externa belastningen som normalt försörjs av lagringspaketet för elektrisk energi. För- farandet innefattar vidare balansering av energinivåerna av de individuella 26 lagringscellerna i lagringspaketet. Balanseringen kan innefatta återuppladd- ning av åtminstone en undergrupp av lagringscellerna i lagringspaketet, vilka undergrupper är i tillstånd som har de lägsta energinivåerna bland under- grupperna i lagringspaketet, genom att individuellt mata en separat spänning och/ eller ström till en positiv och en negativ pol hos den åtminstone en un- dergrupperna med lägst energinivåer. Således återuppladdas undergrupper- na, i detta exempel de individuella lagringsceller, vilka har de lägsta energini- våerna, med den regenererade energin från decellerationen av fordonet. Ge- nom matning av undergruppen separat undviks på ett lätt sätt även laddning med en för hög ström, vilket annars skull kunna skada undergruppen.

I ett tolfte steg 52 innefattar förfarandet mottagning av information om att energinivån i åtminstone en undergrupp av lagringsceller för elektrisk energi, i detta exempel hos en individuell lagringscell, är under en tredje gränsnivå.

Den tredje gränsnivån är företrädesvis satt i området mellan 1 % - 15 % av energinivån hos en maximalt laddad cell. I detta exempel är 0 % nivån tänkt som den minimala laddningsnivån innan cellen tar skada, eller av andra an- ledningar blir operativt arbetsoförmögen.

Det tolfte steget 52 innefattar vidare matning av en separat spänning i en se- parat spånnings-/ strömgren till en positiv och en negativ pol hos åtminstone en undergrupp av sammankopplade lagringsceller i lagringspaketet. I detta exempel har den separata spänningen en magnitud motsvarande försörj- ningsspänningen hos lagringscellen. Genom att mata spänningen till den po- sitiva och den negativa polen, från vilka poler den elektriska energin normalt levereras från cellen, förhindras leveransen av energi från cellen så att energi ej längre kan uttagas från cellen. Energin dras istället från matningsanord- ningen som tillhandahåller spänningen över cellen. Således blir cellen med låg energi i det närmaste bortkopplad från att leverera energi till den externa belastningen, varvid risken för att cellen skadas minskar, medan paketet medges fortsatt användning.

Det tolfte steget 52 innefattar vidare mottagning av den gemensamma strömmen från lagringspaketet och återförande av en del av energin från den 27 gemensamma strömmen till matningsanordningen och tillbaka till lagrings- cellen. Således minskar den totala gemensamma strömmen som levereras till de elektriska motorerna, eftersom en del av den gemensamma strömmen återförs till paketet. Genom att mata den separata spänningen till cellen blir cellen även återuppladdad medan fordonet körs, så att lagringspaketet blir balanserat.

I ett trettonde steg 53 innefattar förfarandet mottagning av information om att energinivån i lagringspaketet för elektrisk energi i sin helhet år under en fjärde gränsnivå. Den fjärde gränsnivån kan till exempel vara inom området mellan 5-20 % av energinivån hos det fullt laddade lagringspaketet. Förfaran- det innefattar vidare reducering av kraften som levereras av lagringspaketet för elektrisk energi baserat på informationen.

I ett fjortonde steg 54 innefattar förfarandet detektering av att åtminstone en undergrupp eller cell är i ett feltillstånd. Feltillståndet kan vara mycket låg energi, för låg eller för hög temperatur, eller något annat oönskat tillstånd som en cell kan utsättas för. Förfarandet innefattar vidare generering av ett felmeddelande att åtminstone en undergrupp av lagringsceller i lagringspake- tet är i ett avbrottstillstånd eller nåra ett avbrott vid detektionen av tillstån- det. Förfarandet innefattar vidare styrning av lagringspaketet att minska den maximala kraften som levereras av paketet. Således kan föraren av till exem- pel fordonet ej längre köra i full hastighet och/ eller acceleration, men kan fortfarande köra av till kanten av vägen för att undvika olyckor.

Förfarandet innefattar även detektering om det förekommer ett fatalt fel, an- tingen hos en lagringscell, och/ eller hos fordonet och /eller en elektrisk appa- rat. Ett exempel på ett fatalt fel är om fordonet råkat ut för en olycka. Förfa- randet innefattar vidare generering av en nödsignal och avstängning av åt- minstone majoriteten av lagringscellerna i lagringspaketet som svar på signa- len. Företrädesvis innefattar förfarandet även bortkoppling av undergrupper av individuella lagringsceller från varandra. Således minskar den högsta spänningen i fordonet betydligt, för att minimera risken för personskador på grund av elektriska stötar. lO 28 I ett femtonde steg 55 beslutar operatören sig för att avsluta användningen av fordonet eller apparaten, varvid förfarandet innefattar avstängning av kraft- försäljningen från lagringspaketet, vilket avslutar förfarandet.

Uppñnningen är inte begränsad till de visade exemplen, utan kan varieras fritt inom ramen för de efterföljande kraven. I synnerhet kan de olika visade utföringsformerna och exemplen fritt blandas med varandra, och motsvaran- de är det inte nödvändigt att alla särdrag som visats i ett visst exempel före- kommer för att en utföringsform skall vara inom ramen för uppfinningen. Vi- dare är uppfinningen användbar i många tillämpningar i vilka ett lagringspa- ket för lagring av energi förekommer, såsom för maskiner, verktyg, fordon, byggnader etc.

Claims (36)

10 15 20 25 30 29 PATENTKRAV

1. Ett förfarande för styrning av ett lagringspaket (7) anpassat för lagring av elektrisk energi och innefattande ett flertal sarnmankopplade lag- ringsceller (9), varvid varje lagringscell år anpassad att lagra energi individu- ellt och att tillhandahålla den lagrade energin som elektrisk energi gemen- samt med åtminstone majoriteten av de andra lagringscellerna i lagringspa- ketet som en gemensam, lagringspaketsspänning och ström till en belastning (3), kännetecknat av att förfarandet innefattar - matning av en spänning och ström i en separat spännings- /strömgren till åtminstone en undergrupp av de sammankopplade lagrings- cellerna i lagríngspaketet.

2. Ett förfarande enligt kravet 1, kännetecknat av att spänningen och strömmen som matas i den separata spännings-/strömgrenen har en spänningsmagnitud i området från en minsta spänning motsvarande en spänning levererad av undergruppen av lagringsceller när lagringscellerna är tomma, till en maximal spänning motsvarande en maximalt applicerbar åter- uppladdningsspänning för undergruppen av lagringsceller.

3. Ett förfarande enligt kravet 1 eller 2, kännetecknat av att förfa- randet innefattar - återuppladdning av den åtminstone en undergruppen av lag- ringsceller (9) individuellt genom matning av nämnda spänning och ström i nämnda separata spånnings-/strömgren till den åtminstone en undergrup- pen av lagringsceller.

4. Ett förfarande enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att för- farandet innefattar - användning av lagringspaketet (7 ) för att leverera elektrisk ener- gi till belastningen i syfte att driva belastningen, och - samtidig matning av spänningen och strömmen i den separata spännings-/ strömgrenen till den åtminstone en undergruppen av lagringscel- ler (9). 10 15 20 25 30 30

5. Ett förfarande enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att förfarandet innefattar - uttag av elektrisk energi från lagringspaketet, och - matning av spänningen och strömmen i den separata spän- nings-/strömgrenen till den åtminstone en undergruppen av lagringsceller (9) genom att återföra åtminstone en del av den uttagna elektriska energin till den åtminstone en undergruppen av lagringsceller.

6. Ett förfarande enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att förfarandet innefattar - användning av lagringspaketet (7) för leverering av elektrisk energi till belastningen (3) för att driva belastningen i ett första, aktivt till- stånd, - drivning av belastningen (3) i ett andra, regenerativt tillstånd av belastningen, i vilket belastningen konverterar uppbyggd energi i belastning- en till en regenererad spänning och ström, och - matning av åtminstone en del av den regenererade spänningen och strömmen som en spänning och ström i den separata spännings- / strömgrenen till åtminstone en undergrupp av lagringsceller (9).

7. Ett förfarande enligt något av kraven 1-6, kännetecknat av att för- farandet innefattar - matning av var och en av åtminstone två separata undergrupper av lagringsceller i lagringspaketet med åtminstone en separat spänning och ström i åtminstone en separat spännings-/ strömgren för varje undergrupp.

8. Ett förfarande enligt kravet 7, kännetecknat av att förfarandet in- nefattar - samtidig matning av de två separata undergrupperna av lag- ringsceller (9) i lagringspaketet med åtminstone två separata spänningar och strömmar i de åtminstone två separata spännings-/ strömgrenarna. 10 15 20 25 30 31

9. Ett förfarande enligt något av kraven 1-8, kännetecknat av att för- farandet innefattar - avkänning av en lägre laddningsnivå i åtminstone en under- grupp av lagringsceller (9) relativt en medelladdningsnivå för åtminstone ma- joriteten av undergrupper i lagringspaketet, och - matning av en spänning och ström i en separat spännings- / strömgren till åtminstone en undergrupp med lägre laddningsnivå för balan- sering av lagringspaketet (7 ).

10. Ett förfarande enligt något av kraven 1-9, kännetecknat av att lagringspaketet (7) är anslutet till en elektrisk motor anordnad i ett elektriskt fordon, fartyg, luftfordon eller rymdfarkost, och är anordnad att leverera frarndrivningsenergi till fordonet, fartyget, luftfordonet eller rymdfarkosten.

11. ll. En matningsanordning anslutningsbar till ett lagringspaket för lagring av elektrisk energi innefattande ett flertal sammankopplade lagrings- celler, varvid varje lagringscell (9) är anpassad att lagra energi individuellt och att tillhandahålla energin som elektrisk energi gemensamt med åtmin- stone en majoritet av de andra lagringscellerna i lagringspaketet (7 ) som en gemensam lagringspaketsspänning och ström till en belastning (3), kaning- tecknad av att matningsanordningen (17) innefattar en matningskrets (23) anslutningsbar mellan en positiv (19) och en negativ pol (21) hos åtminstone en undergrupp av lagringsceller (9) i lagringspaketet för att bilda en separat spännings-/strömgren, varvid matningskretsen (23) är anpassad att, i ett ak- tivt tillstånd av matningsanordningen, mata en spänning och en ström till den åtminstone en undergruppen av lagringsceller.

12. En matningsanordning enligt kravet ll, kännetecknad av att matningsanordningen (17 ) är anpassad att mata en spänning och ström i en separat spännings-/strömgren till undergruppen av åtminstone en lagrings- celler (9), vilken har en spänningsmagnitud i området från en minsta spän- ning motsvarande spänningen som levereras av undergruppen av lagringscel- ler när lagringscellerna (9) är tomma, till en maximal spänning motsvarande 10 15 20 25 30 32 en maximalt applicerbar återuppladdningsspänning för undergruppen av lag- ringsceller.

13. En matningsanordning enligt kravet 1 1 eller 12, kännetecknad av att matningsanordningen (17) är anpassad att individuellt återuppladda den åtminstone en undergruppen av lagringsceller (9) genom matning av nämnda spänning och ström i den separata spännings-/strömgrenen till den åtmin- stone en undergruppen av lagringsceller.

14. En matningsanordning enligt något av kraven 1 1-13, känneteck- m att matningsanordningen (17 ) är anpassad att mata spänningen och strömmen i den separata spännings-/strömgrenen till den åtminstone en un- dergruppen av lagringsceller, medan lagringspaketet (7) samtidigt används för att leverera elektrisk energi till belastningen för att driva belastningen.

15. En matningsanordning enligt något av kraven 1 l-14, känneteck- nad av att matningsanordningen innefattar en övervakningsmodul (33) an- ordnad att övervaka statusen hos åtminstone en undergrupp av lagringscel- ler.

16. En matningsanordning enligt kravet 15, kännetecknad av att matningsanordningen innefattar en larmmodul (38) anpassad att generera en larmsignal vid detektering av en avvikande status eller ett fel.

17. En matningsanordning enligt något av kraven 11-16, känneteck- ärlig att matningsanordningen (17 ) är anpassad att avkänna laddningsni- vån hos åtminstone en undergrupp av lagringsceller, och att mata spänning- en och strömmen i den separata spännings-/ strömgrenen till den åtminstone en undergruppen om den avkända laddningsnivän är lägre än en medelladd- ningsnivå för åtminstone majoriteten av undergrupperna av lagringsceller i lagringspaketet för att balansera lagringspaketet.

18. En matningsanordning enligt något av kraven 11-17, känneteck- nad av att matningsanordningen (17 ) innefattar en mottagningsmodul anord- 10 15 20 25 30 33 nad att mottaga en spänning och en ström, och en konverterare anordnad att konvertera den mottagna spänningen och strömmen till en matningsspän- ning och ström för matning av den åtminstone en undergruppen av lagrings- celler i den separata spännings-/ strömgrenen.

19. En matningsanordning enligt något av kraven 10-18, känneteck- nad av att matningsanordningen (17) är anpassad att mata spänningen och strömmen i endast en spånnings-/ strömgren.

20. En matningsanordning enligt något av kraven 10-19, känneteck- nad av att matningsanordningen (17) är direkt fästbar på åtminstone en lag- ringscell i undergruppen av lagringsceller (9).

21. En lagringscell innefattande en positiv och en negativ pol och som är anpassad att lagra energi individuellt och att tillhandahålla den lagrade energin som elektrisk energi genom att generera en spänning och ström mel- lan den positiva (19) och den negativa polen (21), varvid lagringscellen vidare är anpassad att anslutas till åtminstone en annan lagringscell för att gemen- samt bilda ett lagringspaket (7) för att gemensamt leverera en gemensam lag- ringspaketsspänning och ström till en belastning (3), kännetecknad av att lagringscellen är försedd med en matningsanordning enligt kravet 1 1, innefat- tande en matningskrets (17) ansluten mellan den positiva och den negativa polen hos lagringscellen.

22. Ett styrsystem för styrning av ett lagringspaket, vilket lagringspa- ket (7) är anpassat att lagra energi och innefattar ett flertal sammankopplade lagringsceller (9), varvid varje lagringscell är anpassad att lagra energi indivi- duellt och att tillhandahålla den lagrade energin som elektrisk energi gemen- samt med åtminstone majoriteten av de andra lagringscellerna i lagringspa- ketet som en gemensam lagringspaketsspänning och ström till en belastning (3), varvid styrsystemet (13) innefattar en styranordning (15) anslutningsbar till lagringspaketet, kännetecknat av att styranordningen är anordnad att sty- ra tillståndet hos åtminstone en matningsanordning (17), vilken matningsan- ordning innefattar en matningskrets anslutningsbar mellan en positiv och en 10 15 20 25 30 34 negativ pol hos en undergrupp av lagringscellerna (9) i paketet för att bilda en separat spännings-/ strömgren, varvid matníngsanordningen är anpassad att, i ett aktivt tillstånd, mata en spänning och ström i den separata spännings- / strömgrenen till den åtminstone en undergruppen av lagríngsceller.

23. Ett styrsystem enligt kravet 22, kännetecknat av att styranord- ningen (15) är anordnad att styra matníngsanordningen att mata en spän- ning och ström i den separata spännings-/strömgrenen som har en spän- ningsmagnitud i området från en minsta spänning motsvarande en spänning som tillhandahålles av undergruppen av lagríngsceller (9) när lagringscellerna är tomma, till en maximal spänning motsvarande en maximalt applicerbar återuppladdningsspänning för undergruppen av lagríngsceller.

24. Ett styrsystem enligt något av kraven 22-23, kännetecknat av att styranordningen är anordnad att styra matníngsanordningen (17) att åter- uppladda den åtminstone en undergruppen av lagríngsceller (9) individuellt genom att mata nämnda spänning och ström i nämnda separata spännings- / strömgren till den åtminstone en undergruppen av lagríngsceller.

25. Ett styrsystem enligt något av kraven 22-24, kännetecknat av att styrsystemet innefattar en styrrnodul anordnad att styra lagringspaketet (7) att leverera elektrisk energi till belastningen för drivning av belastningen, varvid styranordningen (15) är anordnad att styra matníngsanordningen att samtidigt mata spänningen och strömmen i den separata spännings- / strömgrenen till den åtminstone en undergruppen av lagríngsceller.

26. Ett styrsystem enligt något av kraven 22-25, kännetecknat av att styrsystemet innefattar en styrmodul (28) anordnad att uttaga elektrisk ener- gi från lagringspaketet och att leverera den elektriska energin till belastning- en för att driva belastningen, varvid styranordningen är anordnad att styra matníngsanordningen att mata spänningen och strömmen i den separata spännings-/ strömgrenen till den åtminstone en undergruppen av lagríngscel- ler genom att återföra åtminstone en del av den uttagna elektriska energin till den åtminstone en undergruppen av lagríngsceller. 10 15 20 25 30 35

27. Ett styrsystem enligt något av kraven 22-26, kännetecknat av att styrsystemet innefattar en styrmodul (28) anordnad att styra lagringspaketet att leverera elektrisk energi till belastningen i syfte att driva belastningen i ett första, aktivt tillstånd, och att driva belastningen i ett andra, regenerativt till- stånd av belastningen, i vilket belastningen (3) konverterar uppbyggd energi i belastningen till en regenererad spänning och ström, varvid styranordningen är anordnad att styra matningsanordningen (17) att mata åtminstone en del av den regenererade spänningen och strömmen som en spänning och ström i den separata spännings-/strömgrenen till den åtminstone en undergruppen av lagringsceller.

28. Ett styrsystem enligt något av kraven 22-27, kännetecknat av att styranordningen (15) är anordnad att mottaga information om statusen hos en undergrupp av lagringsceller (9) från en matningsanordning ansluten till undergruppen av celler, och att styra matningsanordningen som svar på den mottagna informationen.

29. Ett styrsystem enligt något av kraven 22-28, kännetecknat av att styranordningen (15) är anordnad att mottaga information om laddningsnivä- erna hos en mångfald av undergrupperna av lagringsceller från ett flertal matningsanordningar (17) anslutna till undergrupperna av celler, att jämföra laddningsnivån hos varje undergrupp av celler med medelladdningsnivån för åtminstone majoriteten av undergrupper i lagringspaketet (7), och att styra en matningsanordning ansluten till en undergrupp med en lägre laddningsni- vå att mata en spänning och ström i en separat spännings-/strömgren till den undergruppen för balansering av lagringspaketet.

30. Ett styrsystem enligt något av kraven 22-29, kännetecknat av att styrsystemet innefattar åtminstone en matningsanordning som innefattar en larmmodul (38) anpassad att generera en larmsignal till styranordningen vid detektering av en avvikande status eller fel, varvid styranordningen (15) är anpassad att generera en avstängningssignal för att stänga ned lagringspake- tet vid mottagningen av larmsignalen. 10 15 20 25 30 36

31. Ett styrsystem enligt något av kraven 22-30, kännetecknat av att styrsystemet innefattar åtminstone två matningsanordningar (17), var och en anslutningsbar till en separat undergrupp av lagringsceller (9) för att bilda två separata spånnings-/strömgrenar för matning av varje undergrupp med en spänning och ström.

32. Ett styrsystem enligt kravet 31, kännetecknat av att styrsystemet är anordnat att styra de åtminstone två matningsanordningarna (17) att sam- tidigt mata varje undergrupp med en separat spänning och ström i den sepa- rata spännings- / strömgrenen.

33. Ett styrsystem enligt något av kraven 22-32, kännetecknat av att styranordningen innefattar åtminstone en försörjningsmodul (37) anslut- ningsbar till ett flertal matningsanordningar (17) och anpassad att tillhanda- hålla en gemensam matningsspänning och ström till åtminstone en majoritet av matningsanordningarna, varvid matningsanordningarna är anpassade att mottaga och konvertera den gemensamma matningsspänningen och ström- men till separata matningsspänningar och strömmar i separata spännings- / strömgrenar.

34. Ett styrsystem enligt något av kraven 22-33, kännetecknat av att styrsystemet är anpassat att installeras i ett eldrivet fordon, fartyg, luftfordon eller rymdfarkost för att styra ett lagringspaket (7) anslutet till en elektrisk motor och anordnad att tillhandahålla framdrivningsenergi till fordonet.

35. Ett elektriskt fordon, fartyg, luftfordon eller rymdfarkost som in- nefattar en elektrisk motor för framdrivning av fordonet, och ett lagringspaket (7 ) innefattande ett flertal lagringsceller, varvid varje lagringscell är anpassad att lagra energi individuellt och att leverera den lagrade energin gemensamt med de andra lagringscellerna i paketet som en gemensam, lagringspakets- spänning och ström till den elektriska motorn, kännetecknat av att fordonet innefattar ett styrsystem enligt kravet 22. 37

36. Ett elektriskt fordon enligt kravet 35, kännetecknat av att fordo- net (1) är ett landbaserat, motordrivet fordon, varvid drívaxelinrättníngen är ansluten till ett drivhjul och den elektriska motorn är anordnad att driva en rotation av drívhjulet för framdrivning av fordonet.