(57)【要約】  バッテリパック中の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現するバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置およびシステムを提供する。装置は、入力された第1の交流によって生成される電磁波を複数の受けコイルに伝送するように構成される伝送コイルと、複数の受けコイルであって、複数の受けコイルの、すべての受けコイルのパラメータ値は同じであり、受けコイルのすべては同じ結合強度で伝送コイルに結合され、各受けコイルは、伝送コイルによって伝送される電磁波を受けて、電磁波に応じて第2の交流を生成して出力するように構成される、複数の受けコイルと、複数の整流器であって、複数の整流器は1対1対応で複数の受けコイルに接続され、複数の整流器の各々は、入力された第2の交流を直流に変換して直流をバッテリパック中の1つの個別バッテリに出力する、ように構成される、複数の整流器と含む。
2019525717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の交流を入力して、前記第1の交流によって生成される電磁波を複数の受けコイルに伝送するように構成される伝送コイルと、
前記複数の受けコイルであって、前記複数の受けコイルの、すべての受けコイルのパラメータ値は同じであり、前記受けコイルのすべては同じ結合強度で電磁誘導的に前記伝送コイルに結合され、各受けコイルは、前記伝送コイルによって伝送される前記電磁波を受けて、前記電磁波に応じて第2の交流を生成して出力するように構成される、複数の受けコイルと、
複数の整流器であって、前記複数の整流器は1対1対応で前記複数の受けコイルに接続され、前記複数の整流器の各々は、前記入力された第2の交流を直流に変換して前記直流をバッテリパック中の1つの個別バッテリに出力し、前記複数の整流器と前記バッテリパック中の複数の個別バッテリとが1対1に対応する、ように構成される、複数の整流器と
を備える、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置。
【請求項２】
前記受けコイルのすべてが前記伝送コイルに同じ結合強度で結合されるとは、特に、
前記受けコイルのすべての、コイルタイプが同じであり、
前記受けコイルから前記伝送コイルまでの垂直距離が同じであり、前記受けコイルのうち、どの2つの隣接する受けコイル間の距離も同じである
ことである、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記伝送コイルに接続されており、前記入力された第1の交流から直流成分を除去して、前記直流成分が除去された前記第1の交流を前記伝送コイルに出力するように構成される第1の結合コンデンサと、
前記複数の整流器に1対1対応で接続され、前記複数の受けコイルに1対1対応で接続される複数の第2の結合コンデンサであって、前記複数の第2の結合コンデンサの各々は、前記入力された第2の交流から直流成分を除去して、前記直流成分が除去された前記第2の交流を前記複数の整流器のうちの1つに出力するように構成される、複数の第2の結合コンデンサと
をさらに備える、請求項1または2に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の受けコイルの、すべての受けコイルのパラメータ値が同じであるとは、特に、前記受けコイルのインダクタンス値の数値が同じであり、前記受けコイルの寄生レジスタの抵抗値が同じであることである、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記第1の交流の波形は矩形波または正弦波である、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
第1の交流を生成して出力するように構成される被制御交流源と、
前記被制御交流源およびバッテリパックに別々に接続されており、前記被制御交流源によって出力される前記第1の交流を入力し、前記第1の交流を処理した後に複数の直流を生成し、前記複数の直流を前記バッテリパック中の複数の個別バッテリにそれぞれ出力し、前記複数の直流が前記複数の個別バッテリと1対1対応する、ように構成される、請求項1から5のいずれか一項に記載のバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる前記装置と、
バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる前記装置に接続されており、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる前記装置によって出力される前記複数の直流を入力するように構成される前記バッテリパックと
を備える、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとるシステム。
【請求項７】
前記バッテリパックは、
前記バッテリパック中の少なくとも1つの個別バッテリが前記被制御交流源に接続され、前記少なくとも1つの個別バッテリが前記被制御交流源に対する電源を実現し、前記電源が前記被制御交流源によって用いられて前記第1の交流を生成する、
ようにさらに構成される、請求項6に記載のシステム。
【請求項８】
前記被制御交流源に接続されており、前記被制御交流源に対する電源を実現し、前記電源が前記被制御交流源によって用いられて前記第1の交流を生成する、ように構成される、前記バッテリパックとは別のバッテリパック
をさらに備える、請求項6に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2016年8月26日に中国特許庁に出願された「バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置およびシステム」と題する中国特許出願番号第201610740684．8号の優先権を主張し、当該出願の全体は参照によって本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、電力技術の分野に関し、特に、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
充電式バッテリパックは複数の個別バッテリを含む。個別バッテリの内部抵抗および容量は使用時間とともに変化する。この結果、異なる個別バッテリの端子電圧が異なることで、個別バッテリの過充電または充電不足が起こる。個別バッテリの過充電により個別バッテリが損傷し、個別バッテリの充電不足によりリソースの浪費が生じる。したがって、個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配をどのように実現するかが解決すべき課題である。
【０００４】
バッテリパック中の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現する方法は以下の通りであってもよく、すなわち、個別バッテリでは無線電気エネルギ伝送方式で互いの間でエネルギを伝送する。各個別バッテリの回路にスイッチが配置され、個別バッテリに対する状態情報検出および接続／切断制御を行うように個別バッテリ毎に制御ユニットが構成される。各制御ユニットによって報告された状態情報を受けた後、充電または放電を行う必要がある個別バッテリをシステムが決定する。充電または放電を行う必要がある個別バッテリについては、制御ユニットは個別バッテリの回路上のスイッチを接続するように制御し、充電または放電を行う必要がない個別バッテリについては、制御ユニットは個別バッテリの回路上のスイッチを切断するように制御する。前述の方法を用いてある程度は個別バッテリ間でエネルギのバランスがとられた分配が実現される。しかし、前述の方法では、制御ユニットおよびスイッチを個別バッテリ毎に構成する必要があり、制御構成が複雑である。これに加えて、前述の解決手段では、複数のスイッチの接続および切断動作を頻繁に起動する必要があり、各スイッチの接続または切断によってエネルギが消費される。したがって、前述の解決手段ではリソースオーバーヘッドが高い。
【０００５】
まとめると、バッテリパック中の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現する先行技術の解決手段では、複雑な制御構成および高いリソースオーバーヘッドという課題がある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態では、バッテリパック中の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現するバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置およびシステムを提供することで、バッテリパック中の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現する先行技術の解決手段を用いる場合の複雑な制御構成および高いリソースオーバーヘッドの課題を避ける。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第1の態様に係れば、本発明の実施形態では、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置を提供し、本装置は、伝送コイル、複数の受けコイルおよび複数の整流器を含む。
【０００８】
伝送コイルは、入力された第1の交流によって生成される電磁波を複数の受けコイルに伝送するように構成される。
【０００９】
複数の受けコイルの、すべての受けコイルのパラメータ値は同じであり、受けコイルのすべては同じ結合強度で電磁誘導的に伝送コイルに結合される。各受けコイルは、伝送コイルによって伝送される電磁波を受けて、電磁波に応じて第2の交流を生成して出力するように構成される。
【００１０】
複数の整流器は1対1対応で複数の受けコイルに接続される。複数の整流器の各々は、入力された第2の交流を直流に変換して直流をバッテリパック中の1つの個別バッテリに出力し、複数の整流器とバッテリパック中の複数の個別バッテリとが1対1に対応する、ように構成される。
【００１１】
第1の交流を被制御交流源によって提供してもよい。被制御交流源を複数の手法で実施してもよく、たとえば、フルブリッジインバータおよびフルブリッジ極性反転制御ユニットを用いて実施したり、ハーフブリッジインバータおよびハーフブリッジ極性反転制御ユニットを用いて実施したり、単相3レベルインバータおよび単相3レベル極性反転制御ユニットを用いて実施したり、パワーアンプおよびパワーアンプ制御ユニットを用いて実施したりしてもよい。
【００１２】
バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる前述の装置にバッテリパックが接続される前に、バッテリパックを用いるプロセスでバッテリパックが絶え間なく充電および放電されるので、個別バッテリの等価抵抗は異なる。この結果、個別バッテリの端子電圧は異なり、すなわち、エネルギは個別バッテリ間でバランスを失うように分配される。特に、等価抵抗が大きい状態で個別バッテリの端子電圧が高いと、個別バッテリは大きいエネルギを有し、等価抵抗が小さい状態で個別バッテリの端子電圧が低いと、個別バッテリは小さいエネルギを有する。
【００１３】
バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる前述の装置にバッテリパックが接続された後、受けコイルのすべてのパラメータ値は同じであり、受けコイルが伝送コイルに結合される強度は同じである。したがって、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価抵抗の値は、個別バッテリの等価抵抗の値にしか依存しない。個別バッテリの等価抵抗が比較的大きいと、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価抵抗は比較的大きく、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価抵抗の、伝送コイルに反映される等価抵抗は比較的小さい。したがって、直列接続における電圧分割原理によって、伝送コイルから、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価レジスタに比較的低い電圧が分配されるので、比較的小さい量のエネルギが並列接続に分配される。個別バッテリの等価抵抗が比較的小さいと、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価抵抗は比較的小さく、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価抵抗の、伝送コイルに反映される等価抵抗は比較的大きい。したがって、直列接続における電圧分割原理によって、伝送コイルから、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価レジスタに比較的高い電圧が分配されるので、比較的大きい量のエネルギが並列接続に分配される。
【００１４】
バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる前述の装置にバッテリパックが接続される前、等価抵抗が比較的大きい個別バッテリは大きいエネルギを有し、等価抵抗が比較的小さい個別バッテリは小さいエネルギを有する。バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置にバッテリパックが接続された後、装置に接続される前に大きいエネルギを有する個別バッテリにはより小さいエネルギが分配され、装置に接続される前に小さいエネルギを有する個別バッテリにはより大きいエネルギが分配されることを実現することができ、これにより、複数の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配が実現される。
【００１５】
これに加えて、先行技術の解決手段とは異なり、本発明の本実施形態に係るバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置では、バッテリパック中の個別バッテリの数量に応じて複数の制御ユニットおよび制御用の複数のスイッチを配置する必要がなく、単純な制御構成が実現され、複数のスイッチの接続および切断動作を頻繁に起動する必要がなく、低いリソースオーバーヘッドが特徴的になる。
【００１６】
さらに、導線を用いたりトランスを用いたりして接続する代わりに、電磁誘導的に受けコイルを伝送コイルに結合することで、受けコイルと伝送コイルとの間に直接物理接触がなく、物理的分離が実現される。したがって、装置全体の容積は比較的小さく、装置全体の重量は比較的軽い。
【００１７】
可能な実現例では、受けコイルのすべてが伝送コイルに同じ結合強度で結合されることを、以下の手法で実施してもよく、すなわち、受けコイルのすべての、コイルタイプが同じであり、また、受けコイルから伝送コイルまでの垂直距離が同じであり、受けコイルのうち、どの2つの隣接する受けコイル間の距離も同じである。
【００１８】
前述の解決手段を用いれば、受けコイルのコイルタイプと、受けコイルと伝送コイルとの配置位置関係とを設定することによって、受けコイルのすべてを伝送コイルに同じ結合強度で結合することを実施することができる。
【００１９】
可能な実現例では、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置は、
伝送コイルに接続されており、入力された第1の交流から直流成分を除去して、直流成分が除去された第1の交流を伝送コイルに出力するように構成される第1の結合コンデンサと、
複数の整流器に1対1対応で接続され、複数の受けコイルに1対1対応で接続される複数の第2の結合コンデンサであって、複数の第2の結合コンデンサの各々は、入力された第2の交流から直流成分を除去して、直流成分が除去された第2の交流を複数の整流器のうちの1つに出力するように構成される、複数の第2の結合コンデンサと
をさらに含む。
【００２０】
前述の解決手段を用いれば、第1の結合コンデンサは第1の交流から直流成分を除去するように「直流をブロックして交流を接続する」機能を演じ、これにより、伝送コイルに入力される第1の交流を用いて電磁波を相当程度生成することができる。複数の第2の結合コンデンサを用いて第2の交流から直流成分を除去してもよく、これにより、複数の整流器に入力される第2の交流を用いて極性反転を相当程度実行することができる。
【００２１】
可能な実現例では、複数の受けコイルの各受けコイルのパラメータ値は、受けコイルのインダクタンス値の数値、および受けコイルの寄生レジスタの抵抗値であってもよい。
【００２２】
各受けコイルのパラメータは、受けコイルのインダクタンス値、および受けコイルの寄生抵抗などの複数の種類のパラメータであってもよい。受けコイルのパラメータが受けコイルのインダクタンス値、および受けコイルの寄生抵抗である場合、特定の実現例では、すべての受けコイルのパラメータ値が同じであるとは、受けコイルのインダクタンス値の数値が同じであり、受けコイルの寄生レジスタの抵抗値が同じであることであってもよい。
【００２３】
可能な実現例では、第1の交流の波形は矩形波または正弦波であってもよいが、これらの2つのタイプの波形に限定されない。
【００２４】
第2の態様に係れば、本発明の実施形態では、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとるシステムを提供し、本システムは、
第1の交流を生成して出力するように構成される被制御交流源と、
被制御交流源およびバッテリパックに別々に接続されており、被制御交流源によって出力される第1の交流を入力し、第1の交流を処理した後に複数の直流を生成し、複数の直流をバッテリパック中の複数の個別バッテリにそれぞれ出力し、複数の直流が複数の個別バッテリと1対1対応する、ように構成される、第1の態様または第1の態様の、いずれかの可能な実現例に記載のバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置と、
バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置に接続されており、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置によって出力される複数の直流を入力するように構成されるバッテリパックと
を含む。
【００２５】
前述の解決手段を用いれば、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置を用いて、バッテリパック中の複数の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現することができる。
【００２６】
前述のシステムでは、第1の交流を生成する被制御交流源によって用いられる電源を、以下の2つの方式で実現してもよい。
【００２７】
一方の方式では、前述のシステム中のバッテリパックが被制御交流源に対する電源を提供する。この場合、バッテリパック中の少なくとも1つの個別バッテリが被制御交流源に接続され、少なくとも1つの個別バッテリが被制御交流源に対する電源を実現する。電源が被制御交流源によって用いられて第1の交流を生成する。
【００２８】
前述の解決手段を用いれば、一切の他の外部電源が接続されない場合にバッテリパックに含まれる複数の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現することができる。
【００２９】
他方の方式では、可能な実現例において、システムは、
被制御交流源に接続されており、被制御交流源に対する電源を実現し、電源が被制御交流源によって用いられて第1の交流を生成する、ように構成される、バッテリパックとは別のバッテリパック
をさらに含む。
【００３０】
前述の解決手段を用いれば、バッテリパックに含まれる複数の個別バッテリが充電される際に、バッテリパックに含まれる複数の個別バッテリ間のバランスがとられたエネルギ分配を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係るバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置における伝送コイルと受けコイルとの可能な位置関係の概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係るバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる別の装置の概略構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、被制御交流源と、被制御交流源の電源と、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置と、バッテリパックとを含む装置の概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係るバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる第1のシステムの概略構成図である。
【図６】本発明の実施形態に係るバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる第2のシステムの概略構成図である。
【図７】本発明の実施形態に係るバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる第3のシステムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施形態の前述の目的、解決手段および利点をよりよく理解するのを助けるために、以下、詳細に説明する。詳細な説明では、ブロック図およびフローチャートなどの添付の図面ならびに／または例を用いて装置および／または方法の様々な実現例を詳述する。これらのブロック図、フローチャートおよび／または例は1つ以上の機能および／または動作を含む。これらのブロック図、フローチャートまたは例における機能および／または動作を、様々なタイプのハードウェア、ソフトウェアまたはファームウェアを用いて独立にまたは協働して実施してもよいし、ハードウェア、ソフトウェアおよびファームウェアの任意の組み合せを用いて実施してもよいと当業者は解するといえる。
【００３３】
本発明の実施形態において提供される技術的解決手段は、バッテリパック中の複数の個別バッテリ間でのエネルギのバランスとりに関する。バッテリパックは複数の個別バッテリを概して含む。複数の個別バッテリを直列に接続することによって形成されるバッテリパックについては、バッテリパックを用いるプロセスでバッテリパックが絶え間なく充電および放電されることが原因で、個別バッテリの内部抵抗および容量が異なる。この結果、個別バッテリの端子電圧は異なる。端子電圧が高い個別バッテリは過充電される場合があり、個別バッテリが損傷し、端子電圧が低い個別バッテリは充電不足になる場合があり、これにより、別の個別バッテリによって出力されるエネルギが浪費される。したがって、バッテリパックに含まれる複数の個別バッテリ間でエネルギの分配のバランスをどのようにとるかが、早急に解決する必要がある課題である。
【００３４】
本発明の実施形態では、バッテリパック中の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現するバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置およびシステムを提供することで、バッテリパック中の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現する先行技術の解決手段を用いる場合の複雑な制御構成および高いリソースオーバーヘッドの課題を避ける。
【００３５】
以下、添付の図面を参照してバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置およびシステムを詳細に説明する。
【００３６】
本発明の実施形態では、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置を提供する。図1に示されているように、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置100（以下略して装置100と称する）は、
第1の交流を入力して、第1の交流によって生成される電磁波を複数の受けコイル102に伝送するように構成される伝送コイル101と、
複数の受けコイル102であって、複数の受けコイル102の、すべての受けコイル102のパラメータ値は同じであり、受けコイル102のすべては同じ結合強度で電磁誘導的に伝送コイル101に結合され、各受けコイル102は、伝送コイル101によって伝送される電磁波を受けて、電磁波に応じて第2の交流を生成して出力するように構成される、複数の受けコイル102と、
複数の整流器103であって、複数の整流器103は1対1対応で複数の受けコイル102に接続され、複数の整流器103の各整流器103は、入力された第2の交流を直流に変換して直流をバッテリパック中の1つの個別バッテリに出力し、複数の整流器103とバッテリパック中の複数の個別バッテリとが1対1に対応する、ように構成される、複数の整流器103と
を含む。
【００３７】
本発明の本実施形態では、第1の交流の波形は限定されない。たとえば、第1の交流の波形は矩形波であっても正弦波であってもよいし、いかなる波形であってもよい。
【００３８】
装置100に入力する第1の交流は被制御交流源からの交流であってもよい。被制御交流源を複数の手法で実施してもよく、たとえば、フルブリッジインバータおよびフルブリッジ極性反転制御ユニットを用いて実施したり、ハーフブリッジインバータおよびハーフブリッジ極性反転制御ユニットを用いて実施したり、単相3レベルインバータおよび単相3レベル極性反転制御ユニットを用いて実施したり、パワーアンプおよびパワーアンプ制御ユニットを用いて実施したりしてもよい。
【００３９】
第1の交流が被制御交流源からの交流である場合、第1の交流を生成するのに被制御交流源は電源によって提供される直流に対して極性反転を実行する必要がある。直流を提供する電源は、装置100によって充電されるバッテリパック中の全部の個別バッテリであっても一部の個別バッテリであってもよいし、別の個別バッテリであっても充電されるバッテリパックではないバッテリパックであってもよい。直流を提供する電源が、装置100によって充電されるバッテリパック中の全部または一部の個別バッテリである場合、本発明の本実施形態において提供される装置100の構成目的であるバッテリパックにより、一切の他の外部電源が接続されない場合にバッテリパックに含まれる複数の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現してもよい。直流を提供する電源が、別の個別バッテリ、または充電されるバッテリパックではないバッテリパックである場合、バッテリパックでバランスがとられたエネルギ分配の実現に加えて、本発明の本実施形態において提供される装置100によりバッテリパックを充電してもよい。
【００４０】
1つ以上の被制御交流源が存在してもよい。複数の被制御交流源が存在する場合、複数の被制御交流源を並列に接続して第1の交流を協働して生成してもよい。第1の交流の電流値は、複数の被制御交流源によって生成される電流の電流値の合計である。本実施形態において提供されるバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる1つの装置に複数の被制御交流源をともに接続してもよいし、本実施形態において提供されるバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる1つの装置に複数の被制御交流源の各交流源を接続したり、本実施形態において提供されるバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる1つの装置に複数の被制御交流源の一部の交流源を接続したりして、バッテリパック中の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現する。
【００４１】
本実施形態では、第1の交流を提供する構成要素のタイプ、数量および実現例を限定しない。
【００４２】
本発明の本実施形態では、バッテリパック中の各個別バッテリのエネルギを検出する装置を配置して個別バッテリのエネルギを検出してもよい。検出の結果が、個別バッテリのエネルギがバランスを失っていることを示すとき、本発明の本実施形態において提供される装置100を起動させてもよい。特定の実現例では、装置100中の伝送コイルに接続される導線にスイッチを配置してもよい。検出が、個別バッテリのエネルギがバランスを失っていることを示すときにスイッチを接続して装置100を起動させたり、検出が、個別バッテリのエネルギがバランスしていることを示すときにスイッチを切断して装置100をシャットダウンしたりする。
【００４３】
特定の実現例では、本発明の本実施形態において提供される装置100が充電されるバッテリパックとともにパックされる装置であってもよいし、独立してパックされる装置であってもよいことにも留意する必要がある。
【００４４】
バッテリパックが装置100に接続される前に、バッテリパックを用いるプロセスでバッテリパックが絶え間なく充電および放電されるので、個別バッテリの等価抵抗は異なる。この結果、個別バッテリの端子電圧は異なり、すなわち、エネルギは個別バッテリ間でバランスを失うように分配される。特に、等価抵抗が大きい状態で個別バッテリの端子電圧が高いと、個別バッテリは大きいエネルギを有し、等価抵抗が小さい状態で個別バッテリの端子電圧が低いと、個別バッテリは小さいエネルギを有する。
【００４５】
バッテリパックが装置100に接続された後、受けコイル102のすべてのパラメータ値は同じであり、受けコイル102が伝送コイル101に結合される強度は同じである。したがって、個別バッテリと、対応する受けコイル102との並列接続の等価抵抗の値は、個別バッテリの等価抵抗の値にしか依存しない。個別バッテリの等価抵抗が比較的大きいと、個別バッテリと、対応する受けコイル102との並列接続の等価抵抗は比較的大きく、個別バッテリと、対応する受けコイル102との並列接続の等価抵抗の、伝送コイル101に反映される（mapped）等価抵抗は比較的小さい。したがって、直列接続における電圧分割原理によって、伝送コイル101から、個別バッテリと、対応する受けコイル102との並列接続の等価レジスタに比較的低い電圧が分配されるので、比較的小さい量のエネルギが並列接続に分配される。個別バッテリの等価抵抗が比較的小さいと、個別バッテリと、対応する受けコイル102との並列接続の等価抵抗は比較的小さく、個別バッテリと、対応する受けコイル102との並列接続の等価抵抗の、伝送コイル101に反映される等価抵抗は比較的大きい。したがって、直列接続における電圧分割原理によって、伝送コイル101から、個別バッテリと、対応する受けコイル102との並列接続の等価レジスタに比較的高い電圧が分配されるので、比較的大きい量のエネルギが並列接続に分配される。
【００４６】
バッテリパックが装置100に接続される前、等価抵抗が比較的大きい個別バッテリは大きいエネルギを有し、等価抵抗が比較的小さい個別バッテリは小さいエネルギを有する。バッテリパックが装置100に接続された後、装置100に接続される前に大きいエネルギを有する個別バッテリにはより小さいエネルギが分配され、装置100に接続される前に小さいエネルギを有する個別バッテリにはより大きいエネルギが分配されることを実現することができ、これにより、複数の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配が実現される。
【００４７】
これに加えて、先行技術の解決手段とは異なり、本発明の本実施形態に係る装置100では、バッテリパック中の個別バッテリの数量に応じて複数の制御ユニットおよび制御用の複数のスイッチを配置する必要がなく、単純な制御構成が実現され、複数のスイッチの接続および切断動作を頻繁に起動する必要がなく、低いリソースオーバーヘッドが特徴的になる。さらに、導線を用いたりトランスを用いたりして接続する代わりに、電磁誘導的に受けコイル102を伝送コイル101に結合することで、受けコイル102と伝送コイル101との間に直接物理接触がなく、物理的分離が実現される。したがって、装置100の容積は比較的小さく、装置100の重量は比較的軽い。
【００４８】
装置100に入力される第1の交流が被制御交流源によって提供されるとき、被制御交流源の出力電圧は調節可能であるので、装置100によって出力される第2の交流の電流値がきわめて小さいと、複数の個別バッテリのエネルギバランスとり能力は低下する。この場合には、被制御交流源の出力電圧を増大させて第2の交流の電流値を増大させてもよく、これにより、複数の個別バッテリのエネルギバランス能力を向上させる。装置100の充電効率がきわめて低い場合には、被制御交流源の出力電圧を低下させて装置100の充電効率を向上させてもよい。
【００４９】
これとは別に、受けコイル102のすべてが伝送コイル101に同じ結合強度で結合されることを、以下の手法で実施してもよく、すなわち、受けコイル102のすべての、コイルタイプが同じであり、また、受けコイル102から伝送コイル101までの垂直距離が同じであり、受けコイル102のうち、どの2つの隣接する受けコイル102間の距離も同じである。
【００５０】
コイルタイプは、コイルの形状、たとえば、円形コイルや正方形コイルであってもよい。受けコイル102のすべてを伝送コイル101に同じ結合強度で結合することを、受けコイル102のコイルタイプと、受けコイル102および伝送コイル101の配置位置とを制限することによって実施することができる。
【００５１】
たとえば、6つの受けコイル102が存在し、6つの受けコイル102と伝送コイル101とのコイルタイプがすべての円形コイルである場合、伝送コイル101と受けコイル102との可能な配置位置関係は図2に示されているものであってもよい。配置位置関係は以下を満たし、すなわち、受けコイル102が伝送コイル内で均等に分布し、受けコイル102から伝送コイル101までの垂直距離は同じである（受けコイル102と伝送コイル101との空間における垂直距離関係は図2には示されていない）。図2に示されている配置位置関係にしたがって伝送コイル101と6つの受けコイル102とが配置され、6つの受けコイル102のパラメータ値が同じである場合、6つの受けコイル102が伝送コイル101に結合される強度が同じことであることを実施することができる。
【００５２】
これとは別に、装置100は第1の結合コンデンサと複数の第2の結合コンデンサとをさらに含んでもよい。
【００５３】
第1の結合コンデンサは伝送コイル101に接続されており、入力された第1の交流から直流成分を除去して、直流成分が除去された第1の交流を伝送コイル101に出力するように構成される。
【００５４】
複数の第2の結合コンデンサは複数の整流器103に1対1対応で接続され、複数の受けコイル102に1対1対応で接続され、複数の第2の結合コンデンサの各々は、入力された第2の交流から直流成分を除去して、直流成分が除去された第2の交流を複数の整流器103のうちの1つの整流器103に出力するように構成される。
【００５５】
装置100が第1の結合コンデンサと複数の第2の結合コンデンサとを含む場合、装置100は図3に示されているものであってもよい。図3では、装置100に第1の結合コンデンサ104と複数の第2の結合コンデンサ105とが配置されている。第1の結合コンデンサ104は第1の交流から直流成分を除去するように「直流をブロックして交流を接続する」機能を演じてもよく、これにより、伝送コイル101に入力される第1の交流を用いて電磁波を相当程度生成することができる。同様に、複数の第2の結合コンデンサ105を用いて第2の交流から直流成分を除去してもよく、これにより、複数の整流器103に入力される第2の交流を用いて極性反転を相当程度実行することができる。
【００５６】
これとは別に、複数の受けコイル102の、すべての受けコイル102のパラメータ値が同じであるとは、特に、受けコイル102のインダクタンス値の数値が同じであり、受けコイル102の寄生レジスタの抵抗値が同じであることである。
【００５７】
以下、本発明の本実施形態において提供されるバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置がバッテリパックに含まれる複数の個別バッテリ間でエネルギのバランスをどのようにとるかについて説明するのに例として特定の回路を用いる。
【００５８】
装置100に入力される第1の交流は被制御交流源からの交流であってもよいことは上記で説明されている。被制御交流源は、電源によって提供される直流に対して極性反転を行った後に第1の交流を生成する。入力された第1の交流を処理した後、装置100は、バッテリパックに含まれる複数の個別バッテリに第1の交流を出力して複数の個別バッテリを充電する。
【００５９】
図4は、被制御交流源と、被制御交流源の電源と、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置と、バッテリパックとを含む装置を示す。図4では、E級パワーアンプを被制御交流源と被制御交流源の電源との特定の実現例とみなすことができ、E級パワーアンプは、第1の交流を生成して、生成された第1の交流を、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置に入力するように構成されている。バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置は、第1の交流を処理した後に直流を得て、バッテリパックに含まれるN個の個別バッテリ（B1，B2，…，BN）に直流を出力して、N個の個別バッテリを充電する。図4のバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置は、本発明の実施形態において提供されるバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置100であってもよい。
【００６０】
図4に示されているE級パワーアンプにおいて、Swは装置全体の制御スイッチである。N個の個別バッテリ（B1，B2，…，BN）に対してエネルギバランスとりを行う必要がない場合、制御スイッチSwを切断する。N個の個別バッテリ（B1，B2，…，BN）に対してエネルギバランスとりを行う必要がある場合、制御スイッチSwを接続する。このように、直流電源によって生成される直流を、極性反転された後の第1の交流に変換して、第1の交流を、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置に出力して、N個の個別バッテリ（B1，B2，…，BN）におけるエネルギバランスとりを行う。
【００６１】
図4に示されているバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置において、Ltは伝送コイルであり、Lr1，Lr2，…，LrNはN個の受けコイルであり、Rec1，Rec2，…，RecNはN個の整流器であり、B1，B2，…，BNは、バッテリパックに含まれるN個の個別バッテリであり、Ctは第1の結合コンデンサであり、Cr1，Cr2，…，CrNはN個の第2の結合コンデンサであり、k1，k2およびkNは、N個の受けコイルLr1，Lr2，…，LrNが伝送コイルLtに結合される強度をそれぞれ表わす。伝送コイルLtは、入力された第1の交流によって生成される電磁波をN個の受けコイルLr1，Lr2，…，LrNに伝送する。N個の受けコイルLr1，Lr2，…，LrNのパラメータ値が同じであり、N個の受けコイルLr1，Lr2，…，LrNが伝送コイルLtに結合される強度が同じである場合、N個の受けコイルLr1，Lr2，…，LrNは、伝送コイルLtによって伝送される電磁波を受け、受けた電磁波に応じて第2の交流を生成し、第2の交流をN個の整流器Rec1，Rec2，…，RecNに出力する。N個の整流器Rec1，Rec2，…，RecNが第2の交流を直流にそれぞれ変換した後、直流を出力してN個の個別バッテリB1，B2，…，BNをそれぞれ充電する。N個の個別バッテリB1，B2，…，BNを充電するプロセスの際、エネルギバランスとりをN個の個別バッテリB1，B2，…，BN間で実施してもよい。
【００６２】
本発明の実施形態では、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとるシステムをさらに提供する。図5に示されているように、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとるシステム500は、
第1の交流を生成して出力するように構成される被制御交流源501と、
被制御交流源501およびバッテリパック503に別々に接続されており、被制御交流源501によって出力される第1の交流を入力し、第1の交流を処理した後に複数の直流を生成し、複数の直流をバッテリパック503中の複数の個別バッテリにそれぞれ出力し、複数の直流が複数の個別バッテリと1対1対応する、ように構成される、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置502と、
バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置502に接続されており、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置502によって出力される複数の直流を入力するように構成されるバッテリパック503と
を含む。
【００６３】
被制御交流源501の機能および特定の実現例についての詳細については、図1に示されているバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置100の関連する説明を参照する。バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置502は、図1または図3に示されているバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置100であってもよい。バッテリパック503は、図1または図3に示されているバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置100に接続されるバッテリパックであってもよい。詳細はここでは重ねて説明しない。
【００６４】
図5に示されているバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとるシステム500は、バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置502を用いてバッテリパック503中の複数の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現してもよい。
【００６５】
これとは別に、バッテリパック503は、バッテリパック503中の少なくとも1つの個別バッテリが被制御交流源501に接続され、少なくとも1つの個別バッテリが被制御交流源501に対する電源を実現し、電源が被制御交流源501によって用いられて第1の交流を生成する、ようにさらに構成される。
【００６６】
バッテリパック503中の少なくとも1つの個別バッテリが被制御交流源501に対する電源を実現する場合、図5に示されているバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとるシステム500は図6に示されているシステムであってもよい。図6では、バッテリパック503の第1の個別バッテリが被制御交流源501に対する電源を実現する例を用いる。実際の実現例では、被制御交流源501に対する電源を実現するのにバッテリパック503中のいずれか1つ以上の個別バッテリを用いてもよい。
【００６７】
バッテリパック503中の少なくとも1つの個別バッテリが被制御交流源501に対する電源を実現する場合、図5に示されているバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとるシステム500では、一切の他の外部電源が接続されない場合にバッテリパック503に含まれる複数の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現してもよい。
【００６８】
これとは別に、システムは、被制御交流源501に接続されており、被制御交流源501に対する電源を実現し、電源が被制御交流源501によって用いられて第1の交流を生成する、ように構成される、バッテリパック503とは別のバッテリパックをさらに含む。
【００６９】
バッテリパック503とは別のバッテリパックが被制御交流源501に対する電源を実現する場合、図5に示されているバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとるシステム500は図7に示されているシステムであってもよい。図7では、バッテリパック503とは別のバッテリパックがバッテリパック503中の複数の個別バッテリを充電してもよい。
【００７０】
バッテリパック503とは別のバッテリパックが被制御交流源501に対する電源を実現する場合、図5に示されているバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとるシステム500により、バッテリパック503に含まれる複数の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配を実現し、かつバッテリパック503中の複数の個別バッテリの充電を実現してもよい。
【００７１】
本発明の本実施形態において提供されるバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置にバッテリパックが接続される前、バッテリパックを用いるプロセスでバッテリパックが絶え間なく充電および放電されるので、個別バッテリの等価抵抗は異なる。この結果、個別バッテリの端子電圧は異なり、すなわち、エネルギは個別バッテリ間でバランスを失うように分配される。特に、等価抵抗が大きい状態で個別バッテリの端子電圧が高いと、個別バッテリは大きいエネルギを有し、等価抵抗が小さい状態で個別バッテリの端子電圧が低いと、個別バッテリは小さいエネルギを有する。
【００７２】
本発明の本実施形態において提供されるバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置にバッテリパックが接続された後、受けコイルのすべてのパラメータ値は同じであり、受けコイルが伝送コイルに結合される強度は同じである。したがって、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価抵抗の値は、個別バッテリの等価抵抗の値にしか依存しない。個別バッテリの等価抵抗が比較的大きいと、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価抵抗は比較的大きく、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価抵抗の、伝送コイルに反映される等価抵抗は比較的小さい。したがって、直列接続における電圧分割原理によって、伝送コイルから、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価レジスタに比較的低い電圧が分配されるので、比較的小さい量のエネルギが並列接続に分配される。個別バッテリの等価抵抗が比較的小さいと、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価抵抗は比較的小さく、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価抵抗の、伝送コイルに反映される等価抵抗は比較的大きい。したがって、直列接続における電圧分割原理によって、伝送コイルから、個別バッテリと、対応する受けコイルとの並列接続の等価レジスタに比較的高い電圧が分配されるので、比較的大きい量のエネルギが並列接続に分配される。
【００７３】
本発明の本実施形態において提供されるバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置にバッテリパックが接続される前、等価抵抗が比較的大きい個別バッテリは大きいエネルギを有し、等価抵抗が比較的小さい個別バッテリは小さいエネルギを有する。バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置にバッテリパックが接続された後、装置に接続される前に大きいエネルギを有する個別バッテリにはより小さいエネルギが分配され、装置に接続される前に小さいエネルギを有する個別バッテリにはより大きいエネルギが分配されることを実現することができ、これにより、複数の個別バッテリ間でバランスがとられたエネルギ分配が実現される。
【００７４】
これに加えて、先行技術の解決手段とは異なり、本発明の実施形態に係るバッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置およびシステムでは、バッテリパック中の個別バッテリの数量に応じて複数の制御ユニットおよび制御用の複数のスイッチを配置する必要がなく、単純な制御構成が実現され、複数のスイッチの接続および切断動作を頻繁に起動する必要がなく、低いリソースオーバーヘッドが特徴的になる。
【００７５】
本発明の実施形態を、方法、システムまたはコンピュータプログラムプロダクトとして提供し得ると当業者は当然解する。したがって、本発明では、ハードウェアのみの実施形態、ソフトウェアのみの実施形態またはソフトウェアとハードウェアとの組み合せによる実施形態の形態を用いてもよい。さらに、本発明では、コンピュータ使用可能プログラムコードを含む1つ以上のコンピュータ使用可能記憶媒体（ディスクメモリ、CD−ROM、光メモリなどを含むが、これに限定されない）上で実施されるコンピュータプログラムプロダクトの形態を用いてもよい。
【００７６】
本発明は、本発明の実施形態に係る方法、デバイス（システム）およびコンピュータプログラムプロダクトのフローチャートおよび／またはブロック図を参照して説明されている。コンピュータプログラム指示を用いてフローチャートおよび／またはブロック図中の各プロセスおよび／または各ブロックと、フローチャートおよび／またはブロック図中のプロセスおよび／またはブロックの組み合せとを実施してもよいと当然解する。当該コンピュータプログラム指示を、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、埋込み型プロセッサまたは任意の他のプログラム可能なデータ処理デバイスのプロセッサ用に設けてマシンを生成してもよく、これにより、コンピュータまたは任意の他のプログラム可能なデータ処理デバイスのプロセッサによって実行される指示により、フローチャート中の1つ以上のプロセスおよび／またはブロック図中の1つ以上のブロックにおける特定の機能を実施する装置が生成される。
【００７７】
当該コンピュータプログラム指示をコンピュータ可読メモリに記憶してもよく、これはコンピュータまたは任意の他のプログラム可能なデータ処理デバイスに対して特定の方式で作動するように指示することができ、これにより、コンピュータ可読メモリに記憶された指示により指示装置を含むアーティファクトが生成される。指示装置は、フローチャート中の1つ以上のプロセスおよび／またはブロック図中の1つ以上のブロックにおける特定の機能を実施する。
【００７８】
当該コンピュータプログラム指示をコンピュータまたは別のプログラム可能なデータ処理デバイス上にロードしてもよく、これにより、一連の動作およびステップがコンピュータまたは別のプログラム可能なデバイス上で実行されることで、コンピュータ実施処理が発生する。したがって、コンピュータまたは別のプログラム可能なデバイス上で実行される指示により、フローチャート中の1つ以上のプロセスおよび／またはブロック図中の1つ以上のブロックにおける特定の機能を実施するステップが実現される。
【００７９】
本発明のいくつかの好ましい実施形態が説明されているが、当業者は基本発明概念を知ればこれらの実施形態に対して変更および修正を行うことができる。したがって、以下の請求項は、好ましい実施形態ならびにすべての変更および修正をカバーして、本発明の範囲に含まれるように解釈されることを意図している。
【００８０】
当業者が本発明の実施形態の精神および範囲から逸脱することなく本発明の実施形態に対して様々な修正および変形を行うことができることは明らかである。本発明は、当該修正および変形が以下の請求項および均等技術によって定義される保護の範囲に含まれる限りにおいて当該修正および変形をカバーすることを意図している。
【符号の説明】
【００８１】
100  バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置
101  伝送コイル
102  受けコイル
103  整流器
104  第1の結合コンデンサ
105  第2の結合コンデンサ
500  バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとるシステム
501  被制御交流源
502  バッテリパックにおけるエネルギのバランスをとる装置
503  バッテリパック
【図１】
2019525717.tif 000003
【図２】
2019525717.tif 000004
【図３】
2019525717.tif 000005
【図４】
2019525717.tif 000006
【図５】
2019525717.tif 000007
【図６】
2019525717.tif 000008
【図７】
2019525717.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月3日(2019.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
これとは別に、バッテリパック503中の少なくとも1つの個別バッテリが被制御交流源501に接続され、少なくとも1つの個別バッテリが被制御交流源501に対する電源を実現し、電源が被制御交流源501によって用いられて第1の交流を生成する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態が説明されているが、当業者は基本発明概念を知ればこれらの実施形態に対して変更および修正を行うことができる。したがって、以下の請求項は、実施形態ならびにすべての変更および修正をカバーして、本発明の範囲に含まれるように解釈されることを意図している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
当業者が本発明の実施形態の範囲から逸脱することなく本発明の実施形態に対して様々な修正および変形を行うことができることは明らかである。本発明は、当該修正および変形が以下の請求項および均等技術によって定義される保護の範囲に含まれる限りにおいて当該修正および変形をカバーすることを意図している。
【国際調査報告】
2019525717.tif 000010
2019525717.tif 000011
2019525717.tif 000012
2019525717.tif 000013