(57)【要約】      （修正有）【課題】１つまたは複数の電池モジュールにおける電池加熱器に電力を供給するためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】加熱器電力供給回路１３０は、ＡＣグリッド１４０から引き出された第１のＤＣ電気信号またはＤＣバス１５０から引き出された第２のＤＣ電気信号が、第２のＤＣ電気信号の電圧レベルに対する第１のＤＣ電気信号に関連する電圧レベルに応じて、１つまたは複数の加熱器を有する電池モジュール１１０の電池加熱器に電力を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ電源によって提供されるＡＣ電力を第１のＤＣ電力に変換するのに動作可能な第１の回路部分と、
少なくとも１つのＤＣ電源に動作可能に接続されたＤＣバスから引き出された第２のＤＣ電力を出力するのに動作可能な第２の回路部分とを備える電力供給回路であって、
前記第１の回路部分および前記第２の回路部分が、電池モジュールの加熱器回路に動作可能に接続され、前記第２の回路部分に関連する電圧レベルに対する前記第１の回路部分に関連する電圧レベルに応じて、前記第１のＤＣ電力または前記第２のＤＣ電力を提供するように構成される、電力供給回路。
【請求項２】
前記第１の回路部分および前記第２の回路部分が、前記第１の回路部分に関連する電圧レベルが前記第２の回路部分に関連する電圧レベルより高いとき、前記第１のＤＣ電力を前記加熱器回路に提供するように構成される、請求項１記載の電力供給回路。
【請求項３】
前記第１の回路部分および前記第２の回路部分が、前記第１の回路部分に関連する電圧レベルが前記第２の回路部分に関連する電圧レベルより低いとき、前記第２のＤＣ電力を前記加熱器回路に提供するように構成される、請求項１記載の電力供給回路。
【請求項４】
前記第１の回路部分が整流器回路を含み、前記第２の回路部分がダイオードを含む、請求項１記載の電力供給回路。
【請求項５】
前記第１の回路部分および前記第２の回路部分が、前記ＤＣバスのＤＣ電圧レベルに対する前記第１の回路部分によって出力されるＤＣ電圧レベルに応じて、前記電池モジュールにおける前記加熱器回路を駆動するために前記第１のＤＣ電力または前記第２のＤＣ電力のいずれかを提供するように構成される、請求項１記載の電力供給回路。
【請求項６】
前記第２の回路部分に関連する電圧レベルに対する前記第１の回路部分に関連する電圧レベルに応じて、前記電池モジュールの前記加熱器回路に前記第１のＤＣ電力または前記第２のＤＣ電力のいずれかを提供するために実行可能なソフトウェア命令を採用しない、請求項１記載の電力供給回路。
【請求項７】
前記第１の回路部分および前記第２の回路部分が、非プログラム式の、アナログ回路部分である、請求項１記載の電力供給回路。
【請求項８】
複数の電池モジュールと、
請求項１記載の複数の電力供給回路であって、前記複数の電池モジュールの各電池モジュールが、前記複数の電力供給回路のうちの１つの電力供給回路に関連し、前記複数の電力供給回路の各電力供給回路が、前記電力供給回路の前記第２の回路部分に関連する電圧レベルに対する前記電力供給回路の前記第１の回路部分に関連する電圧レベルに応じて、関連する電池モジュールにおける加熱器回路に第１のＤＣ電力または第２のＤＣ電力のいずれかを提供するように構成される電力供給回路とを備えるシステム。
【請求項９】
複数の電池マネジメントシステムをさらに備え、前記複数の電池モジュールの各電池モジュールが、前記複数の電池マネジメントシステムのうちの１つの電池マネジメントシステムに関連し、前記複数の電池マネジメントシステムの各電池マネジメントシステムが、前記複数の電力供給回路のうちの１つの電力供給回路を含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記複数の電池モジュールの各電池モジュールが、前記複数の電力供給回路のうちの関連する電力供給回路を含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数の電力供給回路が、前記複数の電池モジュールの外部にある、請求項８記載のシステム。
【請求項１２】
複数の電池モジュールと、
請求項１記載の少なくとも１つの電力供給回路であって、前記少なくとも１つの電力供給回路が、前記少なくとも１つの電力供給回路の前記第２の回路部分に関連する電圧レベルに対する前記少なくとも１つの電力供給回路の前記第１の回路部分に関連する電圧レベルに応じて、前記複数の電池モジュールの各々の加熱器回路に前記第１のＤＣ電力または前記第２のＤＣ電力のいずれかを提供するように構成される電力供給回路とを備えるシステム。
【請求項１３】
前記複数の電池モジュールを制御するように構成されたマスター制御器をさらに備え、前記マスター制御器が、前記少なくとも１つの電力供給回路を含む、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの電力供給回路が、前記複数の電池モジュールの外部にある、請求項１２記載のシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの電力供給回路が、前記複数の電池モジュールのうちの少なくとも１つの電池モジュールの内部にある、請求項１２記載のシステム。
【請求項１６】
ＡＣ電源から引き出された第１のＤＣ電気信号を入力するステップと、
ＤＣ電源から引き出された第２のＤＣ電気信号を入力するステップと、
前記第２のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルに対する前記第１のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルに応じて、前記第１のＤＣ電気信号または前記第２のＤＣ電気信号のいずれかを少なくとも１つの電池モジュールの加熱器に電力供給するステップとを含む方法。
【請求項１７】
前記第１のＤＣ電気信号が、前記第１のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルが前記第２のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルより高いとき、前記加熱器に電力供給するために使用される、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のＤＣ電気信号が、前記第１のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルが前記第２のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルより低いとき、前記加熱器に電力供給するために使用される、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のＤＣ電気信号が、前記ＡＣ電源に動作可能なように接続されたＡＣ−ＤＣ整流器回路によって前記ＡＣ電源から引き出され、前記第２のＤＣ電気信号が、前記ＤＣ電源に動作可能なように接続されたダイオードによって前記ＤＣ電源から引き出される、請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記ＡＣ電源がＡＣグリッドを含み、前記ＤＣ電源がＤＣバスを含む、請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題の諸実施形態は、加熱される電池モジュールを採用したシステム、および関連する加熱器電源、ならびに電池モジュールを加熱するための電力を提供する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な種類の電池バックアップシステムにおいて、ナトリウムベースの電池モジュールが、高い温度で動作し、電池モジュールの電気化学セルをよく調節された温度範囲内で維持するために電気加熱器システムを使用する。ＡＣ加熱器回路が、ＡＣグリッドからの電力を使用し、ＤＣ加熱器回路がＤＣバスから取り出された電力を使用する。ＤＣ加熱器回路を有するシステムは、ＡＣグリッドの供給停止および故障を乗り切ることができる。しかし、このようなシステムには、起動の問題が存在することがある。システムによっては、起動時にＡＣグリッドエネルギーからＤＣバスをランプアップさせるプリチャージ回路を有するインバータを含まないものもある。その代わりに、インバータは、起動時にＤＣバスを充電する電池パックに依存する。このようなシステムは、起動の間ロックアウトになり、ＤＣバスをジャンプスタートさせるために外部の電池パックを必要とすることがある。システムの中には、ＡＣグリッドの供給停止の問題を解決することを試みるＡＣ加熱器回路を使用するものもある。ＡＣグリッドの供給停止を切り抜けるために電池エネルギーを変換してＡＣグリッドに戻すのにインバータが使用される。しかし、特定の用途により、ＡＣグリッドは、ローカルグリッドに接続され、電池モジュールは局部負荷のすべてを支持することができないことがあり、したがって、システムを切断させることがある。さらに、このような方式は、通常はグリッドへの無効電力を支持するインバータを必要とする風力または太陽光再生可能用途では機能せず、電圧モードまたは現実の電力モードでは動作しない。
【０００３】
現在利用可能なシステムおよび方法とは異なるシステムおよび方法を有することが望ましいことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００４７６７２号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の諸実施形態は、様々な種類の電池バックアップシステムにおいて電池モジュールを加熱することに関連する上記の制限に対応する。
【０００６】
一実施形態において、加熱器の起動の問題およびＡＣグリッドの供給停止の問題に対する完全なおよび実際の解決策を提供するように構成されたＡＣ／ＤＣ組合せ加熱器電力供給回路である電力供給回路が提供される。電力供給回路は、ＡＣ電源によって提供されるＡＣ電力を第１のＤＣ電力に変換するのに動作可能な第１の回路部分を含む。電力供給回路は、少なくとも１つのＤＣ電源に動作可能に接続されたＤＣバスから引き出された第２のＤＣ電力を出力するのに動作可能な第２の回路部分も含む。第１の回路部分および第２の回路部分は、電池モジュールの加熱器回路に動作可能に接続され、第２の回路部分に関連する電圧レベルに対する第１の回路部分に関連する電圧レベルに応じて、第１のＤＣ電力または第２のＤＣ電力のいずれかを提供するように構成される。
【０００７】
一実施形態において、複数の電池モジュールを加熱するために電力を供給するためのシステムが提供される。システムは、本明細書において上記の複数の電池モジュールと複数の電力供給回路とを含む。複数の電池モジュールの各電池モジュールは、複数の電力供給回路のうちの１つの電力供給回路に関連する。複数の電力供給回路の各電力供給回路は、電力供給回路の第２の回路部分に関連する電圧レベルに対する電力供給回路の第１の回路部分に関連する電圧レベルに応じて、関連する電池モジュールにおける加熱器回路に第１のＤＣ電力または第２のＤＣ電力のいずれかを提供するように構成される。
【０００８】
一実施形態において、複数の電池モジュールを加熱するために電力を供給するためのシステムが提供される。システムは、本明細書において上記の、および少なくとも１つの電力供給回路の第２の回路部分に関連する電圧レベルに対する少なくとも１つの電力供給回路の第１の回路部分に関連する電圧レベルに応じて、複数の電池モジュールの各々の加熱器回路に第１のＤＣ電力または第２のＤＣ電力のいずれかを提供するように構成された、複数の電池モジュールと少なくとも１つの加熱器電力供給回路とを含む。
【０００９】
一実施形態において、少なくとも１つの電池モジュールに電力供給するための方法が提供される。方法は、ＡＣ電源から引き出された第１のＤＣ電気信号を入力するステップと、ＤＣ電源から引き出された第２のＤＣ電気信号を入力するステップと、第２のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルに対する第１のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルに応じて、第１のＤＣ電気信号または第２のＤＣ電気信号のいずれかを少なくとも１つの電池モジュールの加熱器に電力供給するステップとを含む。
【００１０】
本発明の特定の諸実施形態および他のいくつかの利点が、以下の説明でより詳細に説明されているように示される添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電池モジュールの加熱器に電力を提供するためのシステムの一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１のシステムをより詳細に示す構成図である。
【図３】図１および図２のシステムの電気的概略図である。
【図４】少なくとも１つの電池モジュールの加熱器に電力を提供するための方法の一実施形態の流れ図である。
【図５】複数の電池モジュールの各々の加熱器に電力を提供するシステムの第１の実施形態を示す構成図である。
【図６】複数の電池モジュールの各々の加熱器に電力を提供するシステムの第２の実施形態を示す構成図である。
【図７】複数の電池モジュールの各々の加熱器に電力を提供するシステムの第３の実施形態を示す構成図である。
【図８】複数の電池モジュールの各々の加熱器に電力を提供するシステムの第４の実施形態を示す構成図である。
【図９】複数の電池モジュールの各々の加熱器に電力を提供するシステムの第５の実施形態を示す構成図である。
【図１０】複数の電池モジュールの各々の加熱器に電力を提供するシステムの第６の実施形態を示す構成図である。
【図１１】複数の電池モジュールの加熱器に電力を提供するためのシステムの一実施形態の電気的概略図である。
【図１２】複数の電池モジュールの加熱器に電力を提供するためのシステムの第１の代替実施形態の電気的概略図である。
【図１３】複数の電池モジュールの加熱器に電力を提供するためのシステムの第２の代替実施形態の電気的概略図である。
【図１４】複数の電池モジュールの加熱器に電力を提供するためのシステムの第３の代替実施形態の電気的概略図である。
【図１５】複数の電池モジュールの加熱器に電力を提供するためのシステムの第４の代替実施形態の電気的概略図である。
【図１６】複数の電池モジュールの加熱器に電力を提供するためのシステムの第５の代替実施形態の電気的概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照し、同じ参照番号は、いくつかの図を通して同一のまたは対応する部分を示す。しかし、異なる図に同じ要素が含まれることは、所与の実施形態が必ずしもこのような要素を含む、あるいは本発明のすべての実施形態がこのような要素を含むことを意味しない。
【００１３】
「ＤＣ」という用語は直流を表し、「ＡＣ」という用語は交流を表す。「電池」、「電池モジュール」、「電池電源」、および「エネルギー貯蔵要素」という用語は、様々な実施形態により、本明細書では同じ意味に用いられ、すべてのエネルギー貯蔵デバイスであり、ある形態の電池マネジメントシステム（ＢＭＳ）を含むまたは含まないことがある。電池モジュールは、よく調節された温度範囲まで加熱される必要がある複数の電気化学セル（例えば、ナトリウムベースの電気化学セル）を含むことがある。
【００１４】
本明細書で使用する「構成部品」という用語は、ハードウェアの一部分、ソフトウェアの一部分、またはそれらの組合せと定義することができる。ハードウェアの一部分は、少なくともプロセッサとメモリの一部分とを含むことができ、メモリは実行すべき命令を含む。本明細書で使用する「回路」という用語は、少なくとも１つの構成部品または構成部品の組合せ（通常、プログラム可能および／または非プログラム式であり得る電気構成部品に関して）を表す。本明細書で使用する「整流器」または「整流器回路」という用語は、ＡＣ信号をＤＣ信号に変換する回路を表す。本明細書で使用する「ダイオード」という用語は、電流が一方向に流れることを可能にする電気構成部品を表す。
【００１５】
本明細書で使用する「ソフトウェア」または「コンピュータプログラム」という用語は、制御器または他の電子デバイスに所望の方法で機能、動作を実施させ、および／または動かす、コンピュータ可読および／または実行可能命令を含む。命令は、動的にリンクされたライブラリからの別々のアプリケーションまたはコードを含む、ルーチン、アルゴリズム、モジュールまたはプログラムなど様々な形態で実施することができる。ソフトウェアは、独立型プログラム、関数呼び出し、サーブレット、アプレット、アプリケーション、メモリに格納された命令、オペレーティングシステムの一部、または他の種類の実行可能命令など、様々な形態で実施することもできる。ソフトウェアの形態は、例えば、所望のアプリケーションの要件、ソフトウェアが動作する環境、および／または設計者／プログラマ等の要望に依存することがあることが当業者には理解されよう。
【００１６】
本明細書で使用する「コンピュータ」または「処理要素」または「コンピュータデバイス」は、データを記憶し、検索し、および処理することができる任意のプログラムされたまたはプログラム可能な電子デバイスを含むがそれらに限定されなくてよい。「持続性コンピュータ可読メディア」は、ＣＤ−ＲＯＭ，取り外し可能なフラッシュメモリカード、ハードディスクドライブ、磁気テープ、およびフロッピー（商標）ディスクを含むがそれらに限定されなくてよい。本明細書で使用する「コンピュータメモリ」は、コンピュータまたは処理要素によって検索することができるデジタルデータ、情報、または命令を記憶するように構成された記憶装置を表す。
【００１７】
本明細書で使用する「制御器」は、電池モジュールを管理することに関与する、論理回路および／または処理要素および関連するソフトウェアまたはプログラムを表す。「信号」、「データ」および「情報」という用語は、本明細書では、同じ意味で使用することができ、デジタルまたはアナログの形態を表すことができる。本明細書で使用する「通信デバイス」という用語は、信号、データ、または情報を送信および／または受信するのに動作可能である任意の有線または無線デバイス（例えば、コンピュータモデム）を表すことができる。本明細書で使用する「電池マネジメントシステム」は、電池バックアップシステムにおける１つまたは複数の電池モジュールを制御するように構成される制御器を表す。
【００１８】
本明細書で使用する「ＡＣグリッド」という用語は、３相電力を提供する交流電気回路網を表す。本明細書で使用する「ＤＣ」バスという用語は、電池バックアップシステムにおいてＤＣ電力を運ぶ正および負のレールを表す。
【００１９】
図１に、電池モジュール１１０の加熱器に電力を提供するためのシステム１００の一実施形態の構成図を示す。システム１００は、加熱器を有する電池モジュール１１０と、制御器を有する３相インバータ１２０と、加熱器電力供給回路１３０と、交流（ＡＣ）グリッド１４０と、直流（ＤＣ）バス１５０とを含む。ＡＣグリッド１４０は、制御器を有する３相インバータ１２０と加熱器電力供給回路１３０とに動作可能なように接続される。ＤＣバス１５０は、加熱器を有する電池モジュール１１０と、制御器を有する３相インバータ１２０と、加熱器電力供給回路１３０とに動作可能なように接続される。
【００２０】
一実施形態によれば、電池モジュール１１０は、確定した温度範囲内で動作されなければならない電気化学セルを含む。加熱器電力供給回路１３０は、電気化学セルを確定した温度範囲内に維持するために電池モジュール１１０内の加熱器にＤＣ電力を提供する。加熱器電力供給回路１３０は、ＡＣグリッド１４０またはＤＣバス１５０を含む２つの電源のうちの１つから電力を利用することができる。加熱器電力供給回路１３０が電池モジュール１１０の加熱器にＤＣ電力を提供するためにＡＣグリッド１４０またはＤＣバス１５０から電力を使用する条件の詳細について、本明細書において後述する。
【００２１】
一実施形態によれば、加熱器を有する電池モジュール１１０は、ＤＣバス１５０に接続され得る負荷へのＤＣ電力のバックアップ電源として働く。例えば、負荷は、携帯電話の基地局サイトにおける１組の遠隔通信機器でもよい。通常の動作の間、ＡＣグリッド１４０は、電力を負荷に提供する。制御器を有する３相インバータ１２０は、負荷を駆動するために、および／または加熱器を有する電池モジュール１１０を充電するために、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換し、ＤＣ電力をＤＣバスに提供する。ＡＣグリッドが作動しなくなり、利用できなくなると、加熱器を有する電池モジュール１１０は、負荷を駆動するためにＤＣ電力をＤＣバスに提供する。
【００２２】
さらに、負荷を駆動するためにＡＣグリッド１４０または加熱器を有する電池モジュール１１０を使用することは、例えば異なる時間（例えば、ピーク使用時とピーク外使用時）におけるＡＣグリッド電力の費用など経済的要因に依存することがある。ＡＣグリッド１４０からの電力は、ピーク外時の間（ＡＣグリッドからの電気の費用がより低い時）に負荷を駆動し、電池モジュール１１０を充電するために使用することができ、電池モジュール１１０からの電力は、ピーク時の間（ＡＣグリッドからの電気の費用がより高い時）に負荷を駆動するために使用することができる。
【００２３】
図２は、図１のシステム１００の構成図をより詳細に示すものである。図２に示すように、ＤＣバス１５０は、正のレール１５１と負のレール１５２とを含む。電池モジュール１１０は、正のレール１５１と負のレール１５２の両方に動作可能なように接続される。加熱器電力供給回路１３０は、正のレール１５１に動作可能なように接続される。さらに加熱器電力供給回路１３０は、ＡＣグリッド１４０によって提供されたＡＣ電力を第１のＤＣ電力に変換するのに動作可能な第１の回路部分１３３を含む。加熱器電力供給回路は、ＤＣバス１５０から引き出された第２のＤＣ電力を出力するのに動作可能な第２の回路部分１３７も含む。
【００２４】
一実施形態によれば、第１の回路部分１３３および第２の回路部分１３７は、図３に関してより詳細に説明するように、電池モジュール１１０の加熱器回路に動作可能に接続され、第２の回路部分１３７に関連する電圧レベルに対する第１の回路部分１３３に関連する電圧レベルに応じて、第１のＤＣ電力または第２のＤＣ電力を提供するように構成される。
【００２５】
図３は、図１および図２のシステム１００の電気的概略図である。図３は、電池モジュール１１０内に加熱器３１０を示す。加熱器３１０は、抵抗体３１１と、加熱器をオンおよびオフにする（例えば、パルス幅変調により）ために制御器３２０によって制御されるトランジスタスイッチ３１２とを含む。図３に見られるように、加熱器電力供給回路１３０の第１の回路部分１３３は、ＡＣグリッド１４０からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換するＡＣ−ＤＣ整流器である。加熱器電力供給回路１３０の第２の回路部分１３７は、ＤＣバス１５０の正のレール１５１に接続されたダイオードである。ＡＣ−ＤＣ整流器１３３およびダイオード１３７は、互いに接続され、加熱器３１０に電力を提供するために加熱器３１０にも接続される。
【００２６】
ＡＣ−ＤＣ整流器１３３によって出力されたＤＣ電圧レベルがダイオード１３７の入力端（陽極）におけるＤＣ電圧レベルより高いとき（正のレール１５１上の電圧レベルによって確立されるとき）、ダイオード１３７は、逆バイアスがかけられ、したがって、加熱器３１０への電流がＡＣ−ＤＣ整流器１３３を介してＡＣグリッド１４０から提供される。ＡＣ−ＤＣ整流器１３３によって出力されたＤＣ電圧レベルがダイオード１３７の入力端（陽極）におけるＤＣ電圧レベルより低いとき（正のレール１５１上の電圧レベルによって確立されるとき）、ダイオード１３７は、順方向バイアスがかけられ、したがって、加熱器３１０への電流がダイオード１３７を介してＤＣバス１５０から提供される。ＤＣバス１５０は、電池モジュール１１０によって、またはＤＣバス１５０に接続された他の何らかのＤＣ電源によって通電され得る。
【００２７】
このようにして、ＡＣグリッド１４０が加熱器３１０に電力を提供し、次いで作動しなくなる（利用できなくなる）場合、加熱器電力供給回路１３０は、ダイオード１３７を介してＤＣバス１５０から加熱器３１０に電力を供給するように自動的に移行する。移行は自動的で、スムーズである。一実施形態によれば、加熱器電力供給回路１３０の第１の回路部分１３３および第２の回路部分１３７は、非プログラム式の、アナログ回路部分である。移行を行うために別個の制御回路、制御器、またはソフトウェア制御方式は何も使用されない。
【００２８】
図４は、少なくとも１つの電池モジュールの加熱器に電力を提供するための方法４００の一実施形態の流れ図である。方法のステップ４１０において、ＡＣ電源から引き出された第１のＤＣ電気信号（ＤＣ１）が入力される。例えば、ＤＣ１を、ＡＣ−ＤＣ整流器１３３によってＡＣグリッド１４０から引き出すことができる。ステップ４２０において、ＤＣ電源から引き出された第２のＤＣ電気信号（ＤＣ２）が入力される。例えば、ＤＣ２を、ダイオード１３７によってＤＣバス１５０から引き出すことができる。ステップ４３０において、ＤＣ１の電圧レベル（例えば、整流器１３３の出力端において）がＤＣ２の電圧レベル（例えば、ダイオード１３７の入力端において）より高い場合、ステップ４４０において、少なくとも１つの電池モジュールの加熱器がＡＣ電源から引き出されたＤＣ１により電力供給される（例えば、ダイオード１３７に逆バイアスがかけられているので）。あるいは、少なくとも１つの電池モジュールの加熱器がＤＣ電源から引き出されたＤＣ２により電力供給される（例えば、ダイオード１３７に順方向バイアスがかけられているので）。
【００２９】
多くの電池バックアップシステムは、ピーク時の間、またはＡＣグリッド（または他の何らかのＡＤ電源）が利用できないとき、ＤＣバスに接続された負荷にＤＣ電力を提供するために複数の電池モジュールを使用する。複数の電池モジュールがあることにより、冗長性が得られ、かつ／あるいは１つまたは複数の負荷を駆動するＤＣ電力がさらに得られる。図５〜１６に、本明細書に説明する技法を使用して加熱される複数の電池モジュールを提供するシステムの様々な実施形態を示す。
【００３０】
図５は、複数の電池モジュール１１０の各々の加熱器に電力を提供するシステム５００の第１の実施形態を示す構成図である。各電池モジュール１１０は、専用の加熱器電力供給回路１３０に関連し動作可能なように接続され、ＤＣバス１５０に動作可能なように接続される。各加熱器電力供給回路１３０は、ＡＣグリッド１４０とＤＣバス１５０とに動作可能なように接続される。図５のシステム５００により、電池モジュール１１０と加熱器電力供給回路１３０との複数の対を使用することが可能になる。
【００３１】
図６は、複数の電池モジュール１１０の各々の加熱器に電力を提供するシステム６００の第２の実施形態を示す構成図である。各電池モジュール１１０は、加熱器電力供給回路１３０を有する専用の電池マネジメントシステム（ＢＭＳ）６１０に関連し動作可能なように接続され、ＤＣバス１５０に動作可能なように接続される。すなわち、加熱器電力供給回路１３０は、ＢＭＳ６１０の各々に統合される。加熱器電力供給回路１３０を有する各ＢＭＳ６１０は、ＡＣグリッド１４０とＤＣバス１５０とに動作可能なように接続される。図６のシステム６００により、各電池モジュール１１０は別個のＢＭＳ６１０によって制御されることが可能になる。
【００３２】
図７は、複数の電池モジュール７１０の各々の加熱器に電力を提供するシステム７００の第３の実施形態を示す構成図である。各電池モジュール７１０は、電池モジュール内の加熱器に電力を提供するように構成された、統合された加熱器電力供給回路１３０を含む。各電池モジュール７１０は、ＡＣグリッド１４０とＤＣバス１５０とに動作可能なように接続される。図７のシステム７００は、各電池モジュール７１０に加熱器電力供給回路１３０を統合することにより、場所を節約し、相互接続の追加を不要にすることができる。
【００３３】
図８は、複数の電池モジュール１１０の各々の加熱器に電力を提供するシステム８００の第４の実施形態を示す構成図である。電池モジュール１１０の各々の加熱器は、同じ単一の加熱器電力供給回路８３０によって駆動される。単一の加熱器電力供給回路８３０は、電池モジュール１１０のすべての加熱器に同時に十分な電流を提供することができるように構成される。例えば、単一の加熱器電力供給回路８３０は、加熱器電力供給回路１３０に極めて類似させてもよいが、より高い電流レベルを処理することができる電気構成部品を有することもできる。単一の加熱器電力供給回路８３０は、ＡＣグリッド１４０とＤＣバス１５０とに動作可能なように接続される。電池モジュール１１０の各々は、ＤＣバスと単一の加熱器電力供給回路８３０とに動作可能なように接続される。図８のシステム８００により、単一の加熱器電力供給回路８３０は、複数の電池モジュール１１０に対処することが可能になる。
【００３４】
図９は、複数の電池モジュール１１０の各々の加熱器に電力を提供するシステム９００の第５の実施形態を示す構成図である。電池モジュール１１０の各々の加熱器は、マスターＢＭＳ９１０に統合された、同じ単一の加熱器電力供給回路によって駆動される。マスターＢＭＳ９１０内の単一の加熱器電力供給回路は、電池モジュール１１０のすべての加熱器に同時に十分な電流を提供することができるように構成される。例えば、マスターＢＭＳ９１０の単一の加熱器電力供給回路は、加熱器電力供給回路１３０に極めて類似させてもよいが、より高い電流レベルを処理することができる電気構成部品を有することもできる。マスターＢＭＳ９１０は、ＡＣグリッド１４０とＤＣバス１５０とに動作可能なように接続される。電池モジュール１１０の各々は、ＤＣバスとマスターＢＭＳ９１０とに動作可能なように接続される。図９のシステム９００により、マスターＢＭＳ９１０は、複数の電池モジュール１１０に対処することが可能になる。
【００３５】
図１０は、複数の電池モジュール１０１０および１１０の各々の加熱器に電力を提供するシステム１０００の第６の実施形態を示す構成図である。複数の電池モジュールの第１の電池モジュール１０１０は、単一の加熱器電力供給回路を含む。複数の電池モジュールのその他の電池モジュール１１０は、加熱器電力供給回路を含まない。電池モジュール１０１０の単一の加熱器電力供給回路は、電池モジュール１０１０の加熱器だけでなく、その他の電池モジュール１１０の加熱器も駆動する。例えば、電池モジュール１０１０の単一の加熱器電力供給回路は、加熱器電力供給回路１３０に極めて類似させてもよいが、追加の電池モジュール１１０の加熱器を駆動するために、より高い電流レベルを処理することができる電気構成部品を有することもできる。図１０のシステム１０００により、１つの固有の電池モジュール１０１０が、複数の共通の電池モジュール１１０に対処することが可能になる。
【００３６】
図１１は、複数の電池モジュール１１１０の加熱器に電力を提供するためのシステム１１００の一実施形態の電気的概略図である。電池モジュール１１１０は、本明細書の電池モジュール１１０に類似しているが、ただし、電池モジュール１１１０は電池モジュールの加熱器を制御するための制御器を含まない。専用の加熱器電力供給回路１３０および専用のＢＭＳ１１２０が、各電池モジュール１１１０用に設けられる。各専用のＢＭＳ１１２０は、各対応する電池モジュール１１１０の加熱器を制御するための（すなわち、加熱器をオンおよびオフにすることを制御するため）制御器１１２１を含む。
【００３７】
図１２は、複数の電池モジュール１１１０の加熱器に電力を提供するためのシステム１２００の第１の代替実施形態の電気的概略図である。専用のＢＭＳ１１２０が各電池モジュール１１１０用に提供され、単一の共通の電池加熱器電力供給回路１３０がすべての電池モジュール１１１０の加熱器を駆動するために提供される。この場合も、各専用のＢＭＳ１１２０は、各対応する電池モジュール１１１０の加熱器を制御するための制御器１１２１を含む。
【００３８】
図１３は、複数の電池モジュールの加熱器に電力を提供するためのシステム１３００の第２の代替実施形態の電気的概略図である。単一の共通のＢＭＳ１３２０が、電池モジュール１１１０のすべてを制御するために提供され、単一の共通の加熱器電力供給回路１３０がすべての電池モジュール１１１０の加熱器を駆動するために提供される。単一の共通のＢＭＳ１３２０は、すべての電池モジュール１１１０の加熱器を制御するための共通の制御器１３２１を含む。
【００３９】
図１４は、複数の電池モジュール１１１０の加熱器に電力を提供するためのシステム１４００の第３の代替実施形態の電気的概略図である。専用の加熱器電力供給回路１３０が、各電池モジュール１１１０用に提供され、専用のＢＭＳ１４２０が各電池モジュール１１１０用に提供される。さらに、対応するＢＭＳ１４２０を介して各電池モジュール１１１０の加熱器を制御するための共通のマスター制御器１４３０が、各ＢＭＳにおける加熱器を制御するための制御器を有する代わりに提供される。
【００４０】
図１５は、複数の電池モジュール１１１０の加熱器に電力を提供するためのシステム１５００の第４の代替実施形態の電気的概略図である。単一の共通の加熱器電力供給回路１３０が、すべての電池モジュール１１１０の加熱器を駆動するために提供され、専用のＢＭＳ１４２０が、各電池モジュール１１１０用に提供される。さらに、対応するＢＭＳ１４２０を介して各電池モジュール１１１０の加熱器を制御するための共通のマスター制御器１４３０が提供される。
【００４１】
図１６は、複数の電池モジュール１１１０の加熱器に電力を提供するためのシステム１６００の第５の代替実施形態の電気的概略図である。単一の共通の加熱器電力供給回路１３０が、すべての電池モジュール１１１０の加熱器を駆動するために提供され、単一の共通のＢＭＳ１６２０が、すべての電池モジュール１１１０を制御するために提供される。さらに、共通のＢＭＳ１６２０を介して各電池モジュール１１１０の加熱器を制御するための共通のマスター制御器１６３０が提供される。
【００４２】
一実施形態において、加熱器の起動の問題およびＡＣグリッドの供給停止の問題に完全なおよび現実の解決策を提供するように構成されたＡＣ／ＤＣ組合せ加熱器電力供給回路である電力供給回路が提供される。電力供給回路は、ＡＣ電源によって提供されるＡＣ電力を第１のＤＣ電力に変換するのに動作可能な第１の回路部分を含む。電力供給回路は、少なくとも１つのＤＣ電源に動作可能に接続されたＤＣバスから引き出された第２のＤＣ電力を出力するのに動作可能な第２の回路部分も含む。第１の回路部分および第２の回路部分は、電池モジュールの加熱器回路に動作可能に接続され、第２の回路部分に関連する電圧レベルに対する第１の回路部分に関連する電圧レベルに応じて、第１のＤＣ電力または第２のＤＣ電力のいずれかを提供するように構成される。第１のＤＣ電力は、第１の回路部分に関連する電圧レベルが第２の回路部分に関連する電圧レベルより高いとき、加熱器回路に提供することができる。第２のＤＣ電力は、第１の回路部分に関連する電圧レベルが第２の回路部分に関連する電圧レベルより低いとき、加熱器回路に提供することができる。第１の回路部分は、整流器回路を含むことができ、第２の回路部分はダイオードを含むことができる。一実施形態によれば、第１の回路部分および第２の回路部分は、ＤＣバスのＤＣ電圧レベルに対する第１の回路部分によって出力されるＤＣ電圧レベルに応じて、電池モジュールにおける加熱器回路を駆動するために第１のＤＣ電力または第２のＤＣ電力のいずれかを提供するように構成される。電力供給回路は、第２の回路部分に関連する電圧レベルに対する第１の回路部分に関連する電圧レベルに応じて、電池モジュールの加熱器回路に第１のＤＣ電力または第２のＤＣ電力のいずれかを提供するために実行可能なソフトウェア命令を採用しなくてよい。その代わりに、第１の回路部分および第２の回路部分は、非プログラム式の、アナログ回路部分でよい。
【００４３】
一実施形態において、複数の電池モジュールを加熱するために電力を供給するためのシステムが提供される。システムは、本明細書において上記の複数の電池モジュールと複数の電力供給回路とを含む。複数の電池モジュールの各電池モジュールは、複数の電力供給回路のうちの１つの電力供給回路に関連する。複数の電力供給回路の各電力供給回路は、電力供給回路の第２の回路部分に関連する電圧レベルに対する電力供給回路の第１の回路部分関連する電圧レベルに応じて、関連する電池モジュールにおける加熱器回路に第１のＤＣ電力または第２のＤＣ電力のいずれかを提供するように構成される。システムは、複数の電池マネジメントシステムも含むことができ、複数の電池モジュールの各電池モジュールは、複数の電池マネジメントシステムのうちの１つの電池マネジメントシステムに関連し、複数の電池マネジメントシステムの各電池マネジメントシステムは、複数の電力供給回路のうちの１つの電力供給回路を含む。あるいは、複数の電池モジュールの各電池モジュールは、複数の電力供給回路のうちの関連する電力供給回路を含むことができる。様々な実施形態によれば、複数の電力供給回路は、複数の電池モジュールの外部にあってよい。
【００４４】
一実施形態において、複数の電池モジュールを加熱するために電力を供給するためのシステムが提供される。システムは、本明細書において上記の、および少なくとも１つの電力供給回路の第２の回路部分に関連する電圧レベルに対する少なくとも１つの電力供給回路の第１の回路部分関連する電圧レベルに応じて、複数の電池モジュールの各々の加熱器回路第１のＤＣ電力または第２のＤＣ電力のいずれかを提供するように構成された、複数の電池モジュールと少なくとも１つの加熱器電力供給回路とを含む。システムは、複数の電池モジュールを制御するように構成されたマスター制御器も含むことができ、マスター制御器は、少なくとも１つの電力供給回路を含む。一実施形態によれば、少なくとも１つの電力供給回路は、複数の電池モジュールの外部にある。別の一実施形態によれば、少なくとも１つの電力供給回路は、複数の電池モジュールのうちの少なくとも１つの電池モジュールの内部にある。
【００４５】
一実施形態において、少なくとも１つの電池モジュールに電力供給するための方法が提供される。方法は、ＡＣ電源から引き出された第１のＤＣ電気信号を入力するステップと、ＤＣ電源から引き出された第２のＤＣ電気信号を入力するステップと、第２のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルに対する第１のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルに応じて、少なくとも１つの電池モジュールの加熱器に、第１のＤＣ電気信号または第２のＤＣ電気信号のいずれかを電力供給するステップとを含む。第１のＤＣ電気信号は、第１のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルが第２のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルより高いとき、加熱器に電力供給するために使用することができる。第２のＤＣ電気信号は、第１のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルが第２のＤＣ電気信号のＤＣ電圧レベルより低いとき、加熱器に電力供給するために使用することができる。一実施形態により、第１のＤＣ電気信号は、ＡＣ電源に動作可能なように接続されたＡＣ−ＤＣ整流器回路によってＡＣ電源から引き出すことができ、第２のＤＣ電気信号は、ＤＣ電源に動作可能なように接続されたダイオードによってＤＣ電源から引き出すことができる。ＡＣ電源はＡＣグリッドを含むことができ、ＤＣ電源はＤＣバスを含むことができる。
【００４６】
要約すれば、１つまたは複数の電池モジュールにおける電池加熱器に電力を供給するためのシステムおよび方法を開示する。ＡＣ電源から引き出された第１のＤＣ電気信号またはＤＣバスから引き出された第２のＤＣ電気信号は、第２のＤＣ電気信号の電圧レベルに対する第１のＤＣ電気信号に関連する電圧レベルに応じて、１つまたは複数の電池モジュールの電池加熱器に電力供給するために使用される。
【００４７】
添付の特許請求の範囲において、「含む」および「有する」という用語は、「備える」という用語と同等の普通語であり、「それにおいて」という用語は、「そこで」と同等である。さらに、添付の特許請求の範囲において、「第１の」、「第２の」、「第３の」、「上部の」、「下部の」、「底部の」、「頂部の」等は、単に識別として使用され、それらの目的語に対して数値的または位置的要件を課することを意図するものでない。さらに、添付の特許請求の範囲の限定は、このような特許請求の範囲の限定が明示的に「のための手段」という語句の後に他の構造がない機能の陳述が続かない限り、手段プラス機能形式で書かれていないし、米国特許法１１２条第６項に基づいて解釈されることを意図していない。本明細書で使用するとき、単数で記載され、「１つの」という単語で続けられた要素またはステップは、複数の前記要素またはステップを除外しないものと理解すべできである。ただし、このような除外が明示的に記載されている場合を除く。さらに、本発明の「一実施形態」への参照は、列挙した機能も組み込む、追加の諸実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図していない。さらに、明示的に反対の記載がない限り、特定の特性を有する１つの要素または複数の要素を「備える」、「含む」、または「有する」諸実施形態は、その特性を有しない追加のこのような要素を含むことができる。さらに、ある実施形態は、同じまたは類似の要素を有するものとして示され得るが、しかし、これは単に図示するためだけであり、このような諸実施形態は、特許請求の範囲に明記されていない限り、必ずしも同じ要素を有する必要はない。
【００４８】
本明細書で使用するとき、「できる」および「でよい」という用語は、１組の状況内での発生、指定した特性、特徴、または機能の所有の可能性を指示し、および／または修飾された動詞に関連する能力、性能、または可能性の１つまたは複数を表現することにより別の動詞を修飾する可能性を指示する。したがって、「できる」および「でよい」の使用は、修飾された用語が、指示された受容力、機能、または使用に明らかに該当し、能力があり、または適切であり、一方、状況によっては、修正された用語は、該当しない、能力がない、または適切でないこともあることを考慮に入れることを示す。例えば、ある状況においては、事象または受容力が期待され得るが、他の状況においては、事象または受容力が起きることがなく、この区別は、「できる」および「でよい」という用語によって表現される。
【００４９】
この書面による説明では、最良の態様を含めて、諸例を使用して本発明を開示し、また、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実施することを含めて、当業者であれば本発明を実施することができる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の諸例を含むことができる。このような他の諸例は、特許請求の範囲の文字どおりの言語と差異がない構造的要素を有する場合、あるいは、特許請求の範囲の文字どおりの言語と差異が非実質的である同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
【符号の説明】
【００５０】
１００  システム
１１０  加熱器を有する電池モジュール、電池モジュール
１２０  制御器を有する３相インバータ
１３０  加熱器電力供給回路、電池加熱器電力供給回路
１３３  第１の回路部分、ＡＣ−ＤＣ整流器
１３７  第２の回路部分
１４０  交流（ＡＣ）グリッド、ＡＣグリッド
１５０  ＤＣバス
１５１  正のレール
１５２  負のレール
３１０  加熱器
３１１  抵抗体
３１２  トランジスタスイッチ
３２０  制御器
４００  方法
４１０  ステップ
４２０  ステップ
４３０  ステップ
４４０  ステップ
４５０  ステップ
５００  システム
６００  システム
６１０  電池マネジメントシステム（ＢＭＳ）
７００  システム
７１０  電池モジュール
８００  システム
８３０  加熱器電力供給回路
９００  システム
９１０  マスターＢＭＳ
１０００  システム
１０１０  電池モジュール
１１００  システム
１１１０  電池モジュール
１１２０  ＢＭＳ
１１２１  制御器
１２００  システム
１３００  システム
１３２０  共通のＢＭＳ
１３２１  共通の制御器
１４００  システム
１４２０  ＢＭＳ
１４３０  共通のマスター制御器
１５００  システム
１６００  システム
１６２０  共通のＢＭＳ
１６３０  共通のマスター制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
2015043315000001.pdf