(57)【要約】      （修正有）【要約【課題】いずれの個数のストレージもカバーし、各バッテリストレージの制御デバイスと統一されたバッテリ間のエネルギー移送を可能にする電気エネルギーストレージバッテリの階層的制御システムを提供する。【解決手段】低レベルの制御が各ストレージと完全に統一され、任意の利用可能なストレージからストレージＤＣメインラインに戻る、バッテリを通じてのエネルギー移送を制御する移送回路等化を備え、全３レイヤの制御ユニットの制御下で、それらの位置に関わらずストレージ間でエネルギーを選択的に移送する。中間レベル制御のストレージのモジュール制御ユニットはさらに、バッテリ温度調整を可能とし、上位レベル制御のバッテリ制御ユニットは、イベントの電気アーカイブ、バッテリセルの診断に対する専門家による分析、残り寿命評価、ならびに、ストレージならびに外部環境によるオンボード充電器を介した充電の最適化を実行する。【選択図】図１
0003196144.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーストレージバッテリの階層的制御システムであって、前記バッテリから電力供給され、温度センサを有する直列接続電気エネルギーストレージのモジュールと、ストレージならびにモジュールおよびそれらの状態インジケータのＩＤ番号のユニットと、モジュール内直列通信リンクを介してチャネル制御器を通じて、前記ストレージモジュールと直列接続される電流センサ、安全ヒューズを有するスイッチャ、ならびにオンボード充電器に接続されるバッテリ制御ユニットに接続される各制御デバイスと接続される変圧器に基づく能動充電等化のユニットとを備え、前記充電等化デバイスならびに前記制御器が、各バッテリストレージに対して、単一構造低レベル制御回路、すなわち、前記ストレージ制御ユニットとして実行され、前記等化デバイスは、単一ストレージから、ＤＣバッテリのストレージメインラインを通じてエネルギーを双方向伝送するよう構成され、ストレージ制御ユニットの並列接続されたコンデンサを有し、後方電力変換器の種類によって実行される前記ストレージ変換器の二次巻線に並列に接続され、前記変換器の前記一次ならびに二次巻線においてダイオードによってシャントされる電子キーを有するバッテリの前記ストレージメインラインに対して改善し、前記ストレージ制御ユニットの制御デバイスは、ドライバならびに電圧変換器から電力供給される直流的分離ドライバのそれぞれを通じて前記等化デバイスの前記変圧器の前記一次ならびに二次巻線における前記電子キーに接続される前記マイクロコントローラの電圧変換器から電力供給される前記ストレージに基づいて作成され、前記ストレージ制御ユニットの前記ストレージ変圧器の前記一次巻線は、前記各ストレージの出力”＋”にヒューズならびに電流センサを介して接続され、前記電子キーを介して、前記ストレージ出力”−”ならびに前記電圧変換器、マイクロコントローラ、ならびに前記電圧制御器の制御ドライバに接続され、前記電流センサ、温度センサ、ならびにストレージ出力”＋”の出力は、ストレージＩＤ番号、前記ストレージ状態インジケータ、および前記自己回復ヒューズを通じてバッテリの前記ストレージメインラインに接続される上位ならびに低位レベルのコンパレータのユニットに接続される、ストレージ制御ユニットの前記マイクロコントローラの測定信号のバスならびに単一コマンドのバスに接続され、マイクロコントローラストレージ制御ユニットの直列インターフェースの出力は、直流的分離ユニットを介して、電圧ダウンコンバータを通じて前記モジュールから電力供給されるマイクロコントローラを備えるバッテリ制御の前記中間レベルモジュール制御ユニットに接続されるモジュール内直列通信リンクに接続され、前記マイクロコントローラモジュール制御ユニットの測定信号の前記バスは、前記測定回路を介してストレージモジュールの前記接続された出力”＋”ならびに”−”を有し、前記直流的分離測定回路を介してバッテリのストレージメインラインの接続された出力”＋”ならびに”−”を有し、前記マイクロコントローラモジュール制御ユニットの単一コマンドの前記バスは、前記接続されたモジュール状態インジケータならびにモジュールＩＤ番号のユニットを有し、ファン、電気ヒータ、ならびにダンパの形態の実行デバイスを有する前記温度調整ユニットは、マイクロコントローラユニットの前記出力に接続され、マイクロコントローラモジュール制御ユニットの直列インターフェースの出力は、直流的分離ユニットを介して、高性能で電圧ダウンコンバータを通じてバッテリを介して電力供給されるメモリ容量を有する前記マイクロコントローラを備える上位レベル制御の前記バッテリ制御ユニットに接続されるモジュール間直列通信リンクに接続され、前記バッテリ電流センサが接続された測定信号の前記バスに接続され、前記バッテリ出力”＋”ならびに”−”が接続される前記測定回路に接続され、バッテリのストレージメインラインの前記バス”＋”ならびに”−”が接続される前記直流的分離測定回路に接続され、前記バッテリ状態インジケータ、スイッチ制御入力、ならびにオンボード充電器が接続される単一コマンドの前記バスに接続され、前記直列インターフェースの出力が、前記直流的分離ユニットを介して、外部システムと前記直列通信リンクに、ならびに前記オンボード充電器に接続される、電気エネルギーストレージバッテリの階層的制御システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気工学の分野に関し、リチウムイオンバッテリから超コンデンサ、および自立型電源システム（伝達中の場合でも）、無停電電源装置、オペレーショナルＤＣならびにネットワークドライブのシステムの一部としての化学電源といった異なる性質の電気エネルギーストレージバッテリを作り出すために使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
非常に多くの直列接続バッテリから成る高電圧・高エネルギー消費バッテリの長寿命化についての問題は、動作中のバッテリの交換時に発生する個々のバッテリの特性についての小さな差異でさえも、個々のバッテリの充電状態に重大な不均衡を引き起こすことが原因である可能性がある。このことは、極性反転、圧抜き、およびバッテリ寿命の低減を最終的に引き起こす他の不可逆性の有害事象と共に個々の要素の負荷、過充電、過放電による所与のバッテリ容量の低減をもたらす。この問題に対する解決法の１つは、受動均衡化を有するバッテリ制御システム内の抵抗器を使用して、個々の要素の選択的渦電流シャントにより、バッテリの個々の要素（電気エネルギーストレージ）間の電圧の不均衡を均等化することである（ＲＦ特許番号第２３２４２６３号、ＩＰＣ  Ｈ０１Ｍ１０／４８，Ｈ０２Ｊ７／０２）。
【０００３】
しかしながら、この解決法は、不必要なエネルギー損失を引き起こし、さらに、等価電気回路がバッテリケース内に通常配置された場合に、バッテリ全体に不要な加熱を引き起こすため、エネルギー効率が悪い。
【０００４】
既知の電気エネルギーストレージバッテリは、直列回路に接続された多数の個々のセルまたはモジュール、追加の電源が電力を供給する個々のストレージ要素で電圧の平均化を保証するバッテリ制御システムならびに電気ユニットを備える（ＲＦ特許番号第２２３０４１８，ＩＰＣ  Ｈ０２Ｊ７／００，Ｈ０１Ｍ１０／４４）。
【０００５】
バッテリの欠点は、追加保守を必要とする外部エネルギー源による動作の複雑さであり、固定エネルギー源の場合、バッテリの自律性（移動性）の損失である。
【０００６】
特許請求するシステムに最も近い同様の重要な特徴は、バッテリ自体から電源供給される電気エネルギーストレージバッテリの階層的制御システムである（”Ｓｐｅｃｉａｌ  ｆｅａｔｕｒｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ａｎｄ  ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ｈｉｇｈ−ｖｏｌｔａｇｅ  ｌｉｔｈｉｕｍ−  ｉｏｎ  ｂａｔｔｅｒｉｅｓ  ｆｏｒ  ｐｏｗｅｒ  ｓｕｐｐｌｙ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｏｆ  ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ”／ＮＰＰ  ＶＮＩＩＥＭ，２０１１，Ｖｏｌ．１２３，Ｎｏ．４，ｐ．２９−３４  ｂｙ  Ｇａｎｚｂｕｒｇ  Ｍ．Ｆ．，Ｇｒｕｚｄｅｖ  Ａ．Ｉ．，Ｔｒｏｆｉｍｅｎｋｏ  Ｖ．Ｉ．（ＡＶＥＫＳ  ＯＪＳＣ）参照）。
【０００７】
低制御レベルでは、本システムは、温度センサを有する電気エネルギーストレージのモジュール、ストレージならびにモジュールの識別番号のユニット、ならびにそれらの状態インジケータ、さらに直列通信リンクを介して中間制御レベルで電流測定モジュールならびに直列線制御器と接続され、直列通信リンクを介して高レベル制御のバッテリ制御ユニットと接続され、オンボード充電器に接続された等価スイッチング制御デバイスを備える。低制御レベルでの能動等価デバイスは、モジュールストレージ間のバッテリ内のエネルギーを再分配するための変成回路を使用して作られる（ＲＦ特許番号第３７８８４号、ＩＰＣ  Ｈ０２Ｊ７／００）。
【０００８】
最も充電されたストレージの受動過充電シャントと比較すると、特許請求する技術的解決法のためのプロトタイプとして選択する能動システムは、ストレージの自己放電における差だけではなく、その容量の損失の一部でさえも補償し、充電中だけではなく、放電を含む他の動作モードにある場合でさえも、バッテリを均衡させることができる。
【０００９】
しかしながら、電気エネルギーストレージバッテリの既知の階層的制御システムは、以下の欠点を有している。すなわち、１）変圧器プロトタイプが、同じコアで、作動巻数１のストレージを有するべきであるため、伝達で使用するために（最大１６０ｐｃｓの）直列接続した多数のストレージで高電圧バッテリに適用された本変圧器回路を使用して実際の等化方法を実装することが複雑であること。実際、変圧器は、８から１０モジュールストレージ（プロトタイプでは８）を超えないようにすることが可能であり、それが、モジュール間等化の問題を未解決のままにしている原因である。２）制御システムのバッテリ自体との不十分な一体化。これは、各ストレージの端子で直接取り付けられた等化デバイスだけではなく、モジュールの側面でプロトタイプに取り付けられた各ストレージに対する制御デバイスも、個々のエネルギーストレージのレベルで実現することを不可能にする。３）中間制御レベルでプロトタイプにおいて解決される唯一の問題は、低レベルのユニットと、上位レベル（ゲートウェイタスク処理およびデータリレー）のバッテリ制御ユニットとの間のデータ交換の問題であり、制御問題の点で、プロトタイプにおける階層システムは、３レベルではなく２レベル超であり、バッテリに温度調節をもたらす問題はカバーされない。
【考案の概要】
【００１０】
請求項に記載される技術的解決法は、電気エネルギーストレージバッテリの階層的３レベル制御システムを生成し、提示した欠点を無くし、すなわち、能動等化変圧器回路を有する階層制御システムを生成し、いずれの個数のストレージもカバーし、設置場所に関わらず、各バッテリストレージの制御デバイスと統一されたバッテリ間のエネルギーの移送を可能にし、電気エネルギーストレージのモジュールレベルでのバッテリの温度調整さえももたらすよう試みている。
【００１１】
問題は、バッテリから電力供給され、ストレージモジュールと直列接続された、電流センサ、スイッチヒューズ、ならびにオンボード充電器に接続されたバッテリ制御ユニットに、チャネル制御器を通じてモジュラ内直列通信リンクを介して接続された適切な制御デバイスと関連づけられた変圧器回路に基づいて、温度センサと直列接続した電気エネルギーストレージのモジュール、ストレージならびにモジュールのＩＤ番号のユニット、およびそれらの状態インジケータならびに能動等化デバイスを備える電気エネルギーストレージバッテリの階層的制御システムを提案することにより解決する。
【００１２】
本システムの新規の点は、等化デバイスならびに制御デバイスが、単一構築低レベル制御回路、すなわち、ストレージ制御ユニットとして各バッテリストレージに対して実行されることであり、等化デバイスは、単一ストレージから、ＤＣバッテリのストレージメインラインを通じてエネルギーを双方向に移送し、ストレージ制御ユニットの並列接続されたコンデンサに戻すよう構成され、逆方向電力変圧器によって実行されるストレージ変圧器の二次巻線に並列に接続され、変圧器の一次ならびに二次巻線におけるダイオードによってシャントされる電子キーでバッテリのストレージメインラインに対して向上する。ストレージ制御ユニットの制御デバイスは、それぞれが電圧変換器から電力供給されるドライバならびに直流的分離ドライバを通じて等化デバイスの変圧器の一次ならびに二次巻線における電子キーに接続されたマイクロコントローラの電圧変換器から電力供給されるストレージに基づいて生成される。ストレージ制御ユニットのストレージ変圧器の一次巻線は、ヒューズならびに電流センサを介して各ストレージの出力”＋”に接続され、ストレージ出力”−”、および電圧変換器、マイクロコントローラ、ならびにストレージ制御ユニットのキーの制御ドライバの共通ワイヤに電子キーを介して接続される。電流センサ、温度センサ、ストレージ出力”＋”の出力は、ストレージ制御ユニットのマイクロコントローラの測定信号のバスに接続され、ストレージＩＤ番号のユニット、ストレージ状態インジケータ、および自己回復ヒューズを通じてバッテリのストレージメインラインに接続される上位ならびに下位レベルのコンパレータに接続された単一コマンドのバスに接続される。マイクロコントローラストレージ制御ユニットの直列インターフェースの出力は、直流的分離ユニットを介して、電圧ダウンコンバータを通じてモジュールから電力供給されるマイクロコントローラを備えるバッテリ制御の中間レベルモジュール制御ユニットに接続されるモジュール内直列通信リンクに接続される。マイクロコントローラモジュール制御ユニットの測定信号のバスは、測定回路を介して、ストレージモジュールの接続された出力”＋”ならびに”−”を有し、さらに、直流的分離測定回路を介して、バッテリのストレージメインラインの接続された出力”＋”ならびに”−”を有する。マイクロコントローラモジュール制御ユニットの単一コマンドのバスは、接続されたモジュール状態インジケータならびにモジュールＩＤ番号のユニットを有し、ファン、電気ヒータおよびダンパの形状をした実行デバイスを有する温度調整ユニットが、マイクロコントローラユニットの出力に接続される。マイクロコントローラモジュール制御ユニットの直列インターフェースの出力は、直流的分離ユニットを介して、高性能で電圧ダウンコンバータを通じてバッテリを介して電力供給されるメモリ容量を有するマイクロコントローラを備える上位レベル制御のバッテリ制御ユニットに接続されるモジュール間直列通信リンクに接続され、バッテリ電流センサが接続された測定信号のバスに接続され、バッテリ出力”＋”ならびに”−”が接続される測定回路に接続され、バッテリのストレージメインラインのバス”＋”ならびに”−”が接続される直流的分離測定回路に接続され、バッテリ状態インジケータ、スイッチ制御入力、ならびにオンボード充電器が接続される単一コマンドのバスに接続され、直列インターフェースの出力が、直流的分離ユニットを介して、外部システムと直列通信リンクに、ならびにオンボード充電器に接続される。請求項に記載されるシステムの技術的結果は、電気エネルギーストレージバッテリの提案する３レベル階層的制御システムであって、低レベルの制御が各ストレージと完全に統一され、任意の利用可能なストレージからストレージＤＣメインラインに戻る、バッテリを通じてのエネルギーの移送を制御することを可能にする移送回路等化を備え、それによって、全３レイヤの制御ユニットの制御下で、それらの位置に関わらずストレージ間でエネルギーを選択的に移送し、中間レベル制御のストレージのモジュール制御ユニットはさらに、バッテリ温度調整の問題を解決し、上位レベル制御のバッテリ制御ユニットは、統計データストレージの問題を解決し、イベントの電気アーカイブ、バッテリセルの診断に対する専門家による分析、残り寿命評価、ならびに、ストレージならびに外部環境によるオンボード充電器を介した充電の最適化の機能を実行し、電気エネルギーストレージの種類に許容差をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図は、本解決法の機能ブロック図を示し、電気エネルギーストレージモジュール１と、電気エネルギーストレージ２と、温度センサ３と、充電等化デバイス４と、制御デバイス５と、直列通信リンク６、７、４８と、マイクロコントローラ８、２４、４０と、モジュール制御ユニット９と、バッテリ制御ユニット１０と、電流センサ１１、２８と、スイッチ１２と、安全ヒューズ１３と、オンボード充電器１４と、ＩＤ番号のユニット１５と、状態インジケータ１６、４６と、ストレージ制御ユニット１７と、ＤＣストレージメインライン１８と、コンデンサ１９と、ストレージ変圧器２０と、ダイオード２１と、電子キー２２と、電圧変換器２３と、ドライバ２５と、直流的分離ドライバ２６と、ヒューズ２７と、測定信号のバス２９、３５、４２と、単一コマンドのバス３０、３８、４５と、上位レベルコンパレータ３１と、低位レベルコンパレータ３２と、自己回復ヒューズ３３と、電圧ダウンコンバータ３４、４１と、測定回路３６、４３と、直流的分離測定回路３７、４４と、実行デバイスを有する温度調整ユニット３９と、外部三相ＡＣを接続するための出力４７とを示す。
【００１４】
請求項に記載されるシステムは、温度センサ３と直列接続される電気エネルギーストレージ２のモジュール１、およびモジュール１制御ユニット９のマイクロコントローラ８に統一されたチャネル制御器を介して直流的分離モジュール内直列接続リンク６（図示せず）ならびに直流的分離モジュール間直列接続リンク７（図示せず）を介して、ストレージ２モジュールと直列接続された電流センサ１１、安全ヒューズ１３を有するスイッチ１２、ならびにオンボード充電器１４に接続されたバッテリ制御ユニット１０に接続された適切な制御デバイス５と関連したモジュール１のストレージ１の間でエネルギーを再分散する変圧器回路４に基づく充電等化デバイスを備える。電気エネルギーストレージモジュール１は、モジュールならびに取り付けられたストレージのＩＤ番号のユニット１５を備え、バッテリ２ストレージのモジュール１状態インジケータ１６を備える。等化デバイス４ならびに制御デバイス５が、単一構築低レベル制御回路、すなわち、ストレージ制御ユニット１７として各バッテリストレージ２に対して実行され、等化デバイス４は、単一ストレージ２から、ＤＣバッテリのストレージメインライン１８を通じてエネルギーを双方向に移送し、ストレージ２制御ユニット１７の並列接続されたコンデンサ１９に戻すよう構成され、逆方向電力変圧器によって実行されるストレージ変圧器２０の二次巻線に並列に接続され、変圧器２０の一次ならびに二次巻線におけるダイオード２１によってシャントされる電子キー２２でバッテリのストレージメインライン１８に対して向上する。ストレージ２制御ユニット１７の制御デバイス５は、それぞれが電圧変換器２３から電力供給されるドライバ２５ならびに直流的分離ドライバ２６を通じて等化デバイス４の変圧器２０の一次ならびに二次巻線における電子キー２２に接続されたマイクロコントローラ２４の電圧変換器２３から電力供給されるストレージ２に基づいて生成される。ストレージ２制御ユニット１７のストレージ変圧器２０の一次巻線は、ヒューズ２７ならびに電流センサ２８を介して各ストレージ２の出力”＋”に接続され、ストレージ２出力”−”、および電圧変換器２３、マイクロコントローラ２４、ならびにキー２２制御のドライバ２５、２６の共通ワイヤに電子キー２２を介して接続される。電流センサ２８、温度センサ３、ストレージ２出力”＋”の出力は、ストレージ２制御ユニット１７のマイクロコントローラ２４の測定信号のバス２９に接続され、ストレージ２ＩＤ番号のユニット１５、ストレージ２状態インジケータ１６、および自己回復ヒューズ３３を通じてバッテリのストレージメインライン１８に接続される上位３１ならびに下位３２レベルのコンパレータに接続された単一コマンドのバス３０に接続される。マイクロコントローラ２４ストレージ制御ユニット１７の直列インターフェースの出力は、直流的分離ユニット（図示せず）を介して、直列接続ストレージ２から電圧ダウンコンバータ２４を通じてモジュール１から電力供給されるマイクロコントローラ８を備えるバッテリ制御の中間レベルモジュール１制御ユニット９に接続されるモジュール内直列通信リンク６に接続される。マイクロコントローラ８モジュール制御ユニット９の測定信号のバス３５は、測定回路３６を介して、ストレージモジュール１の接続された出力”＋”ならびに”−”を有し、さらに、直流的分離測定回路３７を介して、バッテリのストレージメインライン１８の接続された出力”＋”ならびに”−”を有する。マイクロコントローラ８の単一コマンドのバス３８は、ストレージ２モジュール１の状態インジケータ１６ならびにモジュール１ＩＤ番号のユニット１５を有し、ファン、電気ヒータおよびダンパ（図示せず）の形状をした実行デバイスを有する温度調整ユニット３９は、マイクロコントローラ８ユニットの出力に接続される。ストレージ２のマイクロコントローラ８モジュール１制御ユニット９の直列インターフェースの出力は、直流的分離ユニット（図示せず）を介して、高性能で電圧ダウンコンバータ４１を通じてバッテリを介して電力供給されるメモリ容量を有するマイクロコントローラ４０を備える上位レベル制御のバッテリ制御ユニット１０に接続される、モジュール間直列接続リンク７に接続される。マイクロコントローラ４０バッテリ制御ユニット１０の測定信号のバスは、接続されたバッテリ電流センサ１１を有し、バッテリの出力”＋”ならびに”−”は、測定回路４３を介して接続され、ストレージＤＣメインライン１８の出力”＋”ならびに”−”は、直流的分離測定回路４４を介して接続され、マイクロコントローラ４０の単一コマンドのバス４５は、接続されたバッテリ状態インジケータ４６、スイッチ１２制御入力、ならびに出力４７を介して外部三相ＡＣに接続されたオンボード充電器１４を有する。マイクロコントローラ４０バッテリ制御ユニットの直列インターフェースの出力は、直流的分離ユニット（図示せず）を介して、外部システムと繋がるモジュール間直列接続リンク４８に、およびオンボード充電器１４に接続される。
【００１５】
電気エネルギーストレージバッテリの請求項に記載される階層的制御システムは以下のように動作する。
【００１６】
外部高電圧ＤＣ電源装置から充電し、外部バッテリ端末”＋”ならびに”−”に接続されるか、または出力４７を通じて外部ＡＣ電源装置に接続されるオンボード充電器１４を介して充電されるバッテリにおいて、最大数百アンペアの充電電流が、モジュールの端子”＋”から端子”−”に、モジュール１で構造的に結合した全直列接続ストレージ２および電流センサ１１によって、電圧ダウンコンバータ４１を通じて、バッテリから電力供給されるバッテリ制御ユニット１０のマイクロコントローラ４０によって認識されるバッテリ全体を通じて流れる。
【００１７】
マイクロコントローラ４０は、測定信号のバス４２ならびに内蔵ＡＤＣを介して、バッテリ内の電流の大きさならびに方向を測定し、一方、ストレージ制御ユニット１７のマイクロコントローラ２４は、電圧変換器２３から電力供給され、測定信号のバス２９を介して、ＡＤＣマイクロコントローラに組み込まれたストレージ制御ユニット１７の制御デバイス５を用いて、各モジュール１ストレージ２で電流を同時に測定して連続的にモニタし、情報ならびにユニット１５によって与えられたＩＤ番号を、バッテリ制御ユニット１０のマイクロコントローラ４０に、モジュールマイクロコントローラ８を介して、直列通信リンク６ならびに７を通じて、単一コマンドのバス３０を介して、伝送する。
【００１８】
任意の単一ストレージ２の電圧が、バッテリ制御ユニット１０のマイクロコントローラ４０のメモリ内の設定として格納された許容可能値外である場合、後者は、単一コマンドのバス４５を介してスイッチ１２を通じてバッテリ充電回路を遮断する。この点に関して、マイクロコントローラ２４、８、ならびに４０によって制御された等化デバイス４は、モジュール内選択電圧等化を実行することができ、マイクロコントローラ２４によって行われ、さらにマイクロコントローラ４０で統計データを収集する電流測定によって、モジュール１ストレージ２の間で電力を再分散することができる。詳細には、等化デバイス４は、次の通りに動作する。低位レベル制御のストレージ制御ユニット１７から受信したデータに従って、バッテリ制御ユニット１０のマイクロコントローラ４０で算出された平均値に比べて、任意のストレージ２での電圧が超過する場合、マイクロコントローラ４０は、直列通信リンク７を介して、ユニットのマイクロコントローラ２４に、各６ストレージ制御ユニット１７への直列通信リンク６を介して、このユニットのマイクロコントローラ８によって再コンパイルされる各モジュール制御ユニット９に指令する。マイクロコントローラ２４は、ドライバ２５を通じて、不均衡な値に対応する時間の間、ＰＷＭ信号によってキー２２を閉じ、一方、電流センサ２８を使用して、測定信号のバス２９を介して、変圧器２０の一次巻線内の電流を制御する。ストレージ２を通じて、ストレージ変圧器２０の一次巻線に繋がるキー２２回路に電圧が印加される場合、磁流が増加し始め、したがって、変圧器２０内にエネルギーが集まる。電子キー２２をロックし、各ストレージ２から変圧器２０の一次巻線のスイッチを切る場合、変圧器２０の一次巻線を流れる電流は、急速に減少し、二次巻線において、ＥＭＦでダイオード２１をアンロックする。変圧器２０の二次巻線において、電流が流れ始め、バッテリストレージメインライン１８のコンデンサ１９を充電する。変圧器２０の一次回路におけるＰＷＭ信号のタイミングパラメータを変更することによって、ストレージメインライン１８における電流を制御することができる。したがって、エネルギーは、選択したバッテリストレージ２から、ストレージメインライン１８に移る。平均値に比べて任意のストレージ２で電圧が降下する場合、選択的エネルギー伝達の機構が、最大数十アンペアまで、選択したストレージに電流を再充電するよう、反対方向に流す。マイクロコントローラ２４は、変圧器２０の二次巻線で、ドライバ２２を通じてキー２２を閉じ、変圧器２０の一次巻線で開くと、ＥＭＦが誘起され、ダイオード２１が開き、ストレージ変圧器２０で格納されたエネルギーが、その両端の電圧を増加する選択されたストレージ２に伝送される。ストレージメインライン１８が低くなると、測定回路３７ならびに４４および測定バス３５ならびに４２のそれぞれを介して、マイクロコントローラ８ならびに４０によって検出され、さらに、低レベルコンパレータ３２を使用して、ストレージ制御ユニット１７のマイクロコントローラ２４によって検出される。ストレージ２制御ユニット１７の等価回路４は、エネルギーを、最も充電されたストレージ２からストレージメインライン１８に伝送し、許容可能範囲内で電圧を確立し、それぞれの値は、バッテリ制御ユニット１０のマイクロコントローラ４０の不揮発性メモリに、設定値として格納される。ストレージメインライン１８内の電圧を平均化する処理において、電圧が上位閾値を超える場合、コンパレータ３１は、ストレージ制御ユニットで動作し、マイクロコントローラ２４は、ストレージメインライン１８へのエネルギー伝送のモードを実行することを停止し、マイクロコントローラ４０からのコマンドの受信後に、ストレージ２へのエネルギー伝送にシフトとすることができ、それによって、メインライン１８を放電し、その電圧を下げる。バッテリ放電のモードでは、最大数百アンペアまでの電流が、充電とは反対方向に、バッテリを通じて流れ、負荷電力をバッテリに供給する。一方、選択したストレージでの選択的電圧等化の本機構は、低制御レベルでの測定として処理を続け、高レベルでこの情報を処理する。任意のストレージ２で何らかの過放電があった場合、マイクロコントローラ４０は、低制御レベルのマイクロコントローラ２４からこの情報を受信して、単一コマンドのバス４５を介してスイッチ１２の補助を受けて、電力負荷回路を遮断し、マイクロコントローラ２４の制御下にある各等化デバイス４は、一般的ストレージメインライン１８からこのストレージへのエネルギー伝送を制御する。エネルギーストレージのモードでは、バッテリの電力回路における電流は欠落する。この場合、バッテリでのモジュラ内ならびにモジュラ間電圧等化は、バッテリの動作中に、個々のストレージの品質について格納された統計値を含むエネルギーの選択的能動ならびに双方向伝送の、説明した機構を使用して行うことができる。いずれの動作モードでも、ストレージ制御ユニット１７は、測定信号のバス２９を介して温度センサ３を使用して、その端末の１つで、各ストレージ２の温度を測定し、その測定値を、直列通信リンク６で、温度調整ユニット３９を使用して実行デバイス（ダンパ、電気ヒータ、およびファン）を稼働または不稼働にすることによって、ある限界値内でモジュール１ストレージ２の温度を維持するモジュール制御ユニット９のマイクロコントローラ８に伝送する。ストレージ２が過熱または過冷却される場合、制御ユニット１７、１０、ならびに９のそれぞれのマイクロコントローラ２４、８、ならびに４０は、情報を、直列通信リンク６、７、４８を介して、外部システムに送信する。この情報はまた、モジュール内のストレージの数ならびにバッテリ内のモジュールの数についてのデータ、およびストレージの状態（充電状態）、バッテリならびにモジュール間の電圧、ならびにバッテリ内の緊急状態（加熱、過充電、過放電、マイクロコントローラ制御システム故障）についてのデータを含む。モジュール１での電圧は、組み込みＡＤＣを有するマイクロコントローラ８と、測定信号のバス３５を介した測定回路３６とによって測定され、バッテリ電圧は、組み込みＡＤＣを有するバッテリ制御ユニット１０のマイクロコントローラ４０と、測定信号のバス４２を介した測定回路４３とによって測定される。ストレージ制御ユニット１７内のヒューズ２７は、ストレージ２の外部短絡の場合のために取り付けられ、再設定可能ヒューズ３３は、ストレージメインライン１８の渦電流の場合のためであり、ヒューズ１３は、バッテリ全体を渦電流から保護する。オンボード充電器１４から充電する場合、バッテリ制御ユニット１０は、例えば、「ドライ」接触のクロージャとして起動するようコマンドを生成する。電流センサ１１、２８は、ホール効果に基づいて形成してもよい。電流センサ１１からの情報は、マイクロセンサ４０が、低レベルでのストレージの測定電圧値を修正して、ストレージ、モジュールならびにバッテリの充電ならびに放電容量を算出し、渦電流からバッテリを保護するために使用してもよい。温度調節ユニット３９は、実行デバイスの数および種類に対して一致する電力増幅器のセットである。最も単純な場合のストレージ、モジュール１６およびバッテリ４６の状態インジケータ１６は、直感的「信号機」カラーシンボルを使用するＬＥＤによって実現され、３つの色調でパラメータの状態（例えば、ストレージ電圧）を、「通常」「警告」「障害」として示すことができる。ストレージＩＤ番号のユニット１５は、各プリント回路板上で、マイクロスイッチまたは電気ジャンパの形態で実現してもよい。測定回路３６、４３は、演算増幅器と、直流的分離測定回路３７、４４−シグマ−デルタ変調を用いる回路との単なる共通回路である。ＡＳＩＣを使用するのではなく、各ストレージについてマイクロコントローラを適用することで、設定値だけでなくシステムのアルゴリズムの迅速な変更が可能となり、複雑なアルゴリズムを使用して、バッテリセルの状態を予測し、低制御レベルの制御マイクロコントローラの故障による制御されていないバッテリストレージの数を最小にすることができる。上位レベル制御のマイクロコントローラ４０の性能およびメモリを改善するには、イベントの電気アーカイブ、統計値の集約、バッテリセルの診断に対する専門家の分析、残り寿命評価、ストレージ１２の状態ならびに外部の状態によるオンボード充電器１４からの充電の最適化についてのプログラム機能の実装および電気エネルギーストレージの種類による許容差の提供を確実にすることが必要である。ＲＳ４８５とＣＡＮインターフェースのリンクは、直列通信リンク６、７、４８として使用することができる。
【図１】
0003196144.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月1日(2014.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーストレージバッテリの階層的制御システムであって、前記バッテリから電力供給され、温度センサを有する直列接続電気エネルギーストレージのモジュールと、ストレージならびにモジュールおよびそれらの状態インジケータのＩＤ番号のユニットと、モジュール内直列通信リンクを介してチャネル制御器を通じて、前記ストレージモジュールと直列接続される電流センサ、安全ヒューズを有するスイッチャ、ならびにオンボード充電器に接続されるバッテリ制御ユニットに接続される各制御デバイスと接続される変圧器に基づく能動充電等化のユニットとを備え、前記充電等化デバイスならびに前記制御器が、各バッテリストレージに対して、単一構造低レベル制御回路、すなわち、ストレージ制御ユニットとして実行され、前記等化デバイスは、単一ストレージから、ＤＣバッテリのストレージメインラインを通じてエネルギーを双方向伝送するよう構成され、ストレージ制御ユニットの並列接続されたコンデンサを有し、後方電力変換器の種類によって実行されるストレージ変換器の二次巻線に並列に接続され、前記変換器の一次ならびに二次巻線においてダイオードによってシャントされる電子キーを有するバッテリの前記ストレージメインラインに対して改善し、前記ストレージ制御ユニットの制御デバイスは、ドライバならびに電圧変換器から電力供給される直流的分離ドライバのそれぞれを通じて前記等化デバイスの前記変圧器の前記一次ならびに二次巻線における前記電子キーに接続されるマイクロコントローラの電圧変換器から電力供給される前記ストレージに基づいて作成され、前記ストレージ制御ユニットの前記ストレージ変圧器の前記一次巻線は、前記各ストレージの出力”＋”にヒューズならびに電流センサを介して接続され、前記電子キーを介して、前記ストレージ出力”−”ならびに前記電圧変換器、マイクロコントローラ、ならびに前記電圧制御器の制御ドライバに接続され、前記電流センサ、温度センサ、ならびにストレージ出力”＋”の出力は、ストレージＩＤ番号、前記ストレージ状態インジケータ、および自己回復ヒューズを通じてバッテリの前記ストレージメインラインに接続される上位ならびに低位レベルのコンパレータのユニットに接続される、ストレージ制御ユニットの前記マイクロコントローラの測定信号のバスならびに単一コマンドのバスに接続され、マイクロコントローラストレージ制御ユニットの直列インターフェースの出力は、直流的分離ユニットを介して、電圧ダウンコンバータを通じて前記モジュールから電力供給されるマイクロコントローラを備えるバッテリ制御の中間レベルモジュール制御ユニットに接続されるモジュール内直列通信リンクに接続され、マイクロコントローラモジュール制御ユニットの測定信号の前記バスは、測定回路を介してストレージモジュールの前記接続された出力”＋”ならびに”−”を有し、直流的分離測定回路を介してバッテリのストレージメインラインの接続された出力”＋”ならびに”−”を有し、前記マイクロコントローラモジュール制御ユニットの単一コマンドの前記バスは、前記接続されたモジュール状態インジケータならびにモジュールＩＤ番号のユニットを有し、ファン、電気ヒータ、ならびにダンパの形態の実行デバイスを有する温度調整ユニットは、マイクロコントローラユニットの前記出力に接続され、マイクロコントローラモジュール制御ユニットの直列インターフェースの出力は、直流的分離ユニットを介して、高性能で電圧ダウンコンバータを通じてバッテリを介して電力供給されるメモリ容量を有する前記マイクロコントローラを備える上位レベル制御の前記バッテリ制御ユニットに接続されるモジュール間直列通信リンクに接続され、バッテリ電流センサが接続された測定信号の前記バスに接続され、前記バッテリ出力”＋”ならびに”−”が接続される前記測定回路に接続され、バッテリのストレージメインラインの前記バス”＋”ならびに”−”が接続される前記直流的分離測定回路に接続され、前記バッテリ状態インジケータ、スイッチ制御入力、ならびにオンボード充電器が接続される単一コマンドの前記バスに接続され、前記直列インターフェースの出力が、前記直流的分離ユニットを介して、外部システムと前記直列通信リンクに、ならびに前記オンボード充電器に接続される、電気エネルギーストレージバッテリの階層的制御システム。