(57)【要約】  本開示は、バッテリ管理のためのシステム、方法、及び装置を提供する。開示される方法は、バッテリセルの利用可能電流及び容量に基づいて、バッテリパックの中のバッテリセルに対して、少なくとも１つの仮想セルによって、シンキング及び／又はソーシング電流を介して電流平衡させることを含む。１以上の実施形態において、少なくとも１つの仮想セルは、少なくとも１つの劣化したバッテリセル又は少なくとも１つのあがったバッテリに対して、電流をシンク及び／又はソースすることができる。【選択図】図１
2015534434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリセルの能力に基づいて、前記バッテリセルを電流平衡させるためのバッテリ管理の方法であって、前記方法は：
仮想セル管理コントローラによって、少なくとも１つのバッテリ層であって前記バッテリセルのうちの少なくとも１つを備える少なくとも１つのバッテリ層の電圧及び電流を受信すること；
前記仮想セル管理コントローラによって、バッテリパックであって前記バッテリセルのうちの全てを備えるバッテリパックの電圧及び電流を受信すること；
前記仮想セル管理コントローラによって、前記バッテリパックの前記電流を解析することによって、前記バッテリパックが、充電している、放電している、及びアイドル状態であるのうちのいずれの１つに該当するかを判定すること；
前記仮想セル管理コントローラが前記バッテリパックが充電している及び放電しているのうちのいずれかの１つに該当すると判定するとき、前記仮想セル管理コントローラによって、基準電圧を決定すること；
少なくとも１つの電圧コントローラによって、前記バッテリパックに対してバッテリパック電圧を提供すること；及び
前記少なくとも１つの電圧コントローラによって、前記少なくとも１つの電圧コントローラと関連する前記少なくとも１つのバッテリ層に対して、それぞれのバッテリ層電圧であって前記基準電圧、及び前記少なくとも１つのバッテリ層の前記電圧に応じるそれぞれのバッテリ層電圧を提供することを含む、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つのバッテリ層の範囲内に、１より多い数の前記バッテリセルが存在するとき、前記バッテリセルは、前記少なくとも１つのバッテリ層の範囲内において、並列に一緒に接続される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
１より多い数の前記バッテリ層が存在するとき、前記バッテリ層は直列に一緒に接続される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
システムコントローラによって、前記基準電圧、前記バッテリパックの前記電圧、前記バッテリパックの前記電流、前記少なくとも１つのバッテリ層の前記電圧、及び前記少なくとも１つのバッテリ層の前記電流のうちの少なくとも１つをロギングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの電圧コントローラは、比例‐積分‐微分（ＰＩＤ）コントローラ、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ、ゲートドライブ、及びパワーステージのうちの少なくとも１つを備える、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記仮想セル管理コントローラは、前記少なくとも１つのバッテリ層の最大電圧、及び前記少なくとも１つのバッテリ層の最小電圧を使用することによって、前記基準電圧を決定する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記バッテリパックが放電しているとき、前記仮想セル管理コントローラは、前記少なくとも１つのバッテリ層の最小電流をさらに使用することによって、前記基準電圧を決定する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記バッテリパックが充電しているとき、前記仮想セル管理コントローラは、前記少なくとも１つのバッテリ層の最大電流をさらに使用することによって、前記基準電圧を決定する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
バッテリセルの能力に基づいて、バッテリセルを電流平衡させるためのバッテリ管理のシステムであって、前記システムは：
少なくとも１つのバッテリ層であって、前記バッテリセルのうちの少なくとも１つを備える少なくとも１つのバッテリ層；
バッテリパックであって、前記バッテリセルのうちの全てを備える、バッテリパック；
仮想セル管理コントローラであって、前記少なくとも１つのバッテリ層の電圧及び電流を受信し、前記バッテリパックの電圧及び電流を受信し、前記バッテリパックの前記電流を解析することによって、前記バッテリパックが、充電している、放電している、及びアイドル状態であるのうちのいずれの１つに該当するかを判定し、かつ仮想セル管理コントローラが前記バッテリパックが充電している及び放電しているのうちのいずれかの１つに該当すると判定するとき、基準電圧を決定する、仮想セル管理コントローラ；及び
少なくとも１つの電圧コントローラであって、前記バッテリパックに対してバッテリパック電圧を提供し、かつ少なくとも１つの電圧コントローラと関連する前記少なくとも１つのバッテリ層に対して、それぞれのバッテリ層電圧であって前記基準電圧、及び前記少なくとも１つのバッテリ層の前記電圧に応じるそれぞれのバッテリ層電圧を提供する、少なくとも１つの電圧コントローラを備える、システム。
【請求項１０】
前記仮想セル管理コントローラは、前記少なくとも１つの電圧コントローラの範囲内に統合される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのバッテリ層の範囲内に、１より多い数の前記バッテリセルが存在するとき、前記バッテリセルは、前記少なくとも１つのバッテリ層の範囲内において、並列に一緒に接続される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
１より多い数の前記バッテリ層が存在するとき、前記バッテリ層は直列に一緒に接続される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
前記基準電圧、前記バッテリパックの前記電圧、前記バッテリパックの前記電流、前記少なくとも１つのバッテリ層の前記電圧、及び前記少なくとも１つのバッテリ層の前記電流のうちの少なくとも１つをロギングする、システムコントローラをさらに備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの電圧コントローラは、比例‐積分‐微分（ＰＩＤ）コントローラ、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ、ゲートドライブ、及びパワーステージのうちの少なくとも１つを備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
前記パワーステージは、直流電流／直流電流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータである、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、孤立した双方向フルブリッジのコンバータ、及び孤立した双方向ハーフブリッジのコンバータのうちの１つである、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのバッテリセルのうちの少なくとも１つは、ヒューズに接続される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１８】
前記仮想セル管理コントローラは、前記少なくとも１つのバッテリ層の最大電圧、及び前記少なくとも１つのバッテリ層の最小電圧を使用することによって、前記基準電圧を決定する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１９】
前記バッテリパックが放電しているとき、前記仮想セル管理コントローラは、前記少なくとも１つのバッテリ層の最小電流をさらに使用することによって、前記基準電圧を決定する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記バッテリパックが充電しているとき、前記仮想セル管理コントローラは、前記少なくとも１つのバッテリ層の最大電流をさらに使用することによって、前記基準電圧を決定する、請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、バッテリ管理に関する。特に、本開示は、バッテリ管理のための仮想セル法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、典型的な従来のバッテリパックは、並列又は直列に一緒に接続された一群のバッテリセルを備える。理想的には、これらのバッテリセルは、同じ内的（すなわち、電極及びセパレーターの様々な過電圧）及び外的（すなわち、電圧及び放電の容量）特性を有している。しかしながら、製造、貯蔵、輸送、及び作動のプロセスからもたらされるバッテリセルに対する種々のレベルの劣化と同様に、バッテリセルの欠陥の多様性のために、これは実際には正しくない。欠陥がある又は劣化したバッテリセルは、そのバッテリセルが並列に接続される他のバッテリセルと比較して、より高い過電圧（すなわち、外的にはより高い内部抵抗として示される）を有する。欠陥がある又は劣化したバッテリセルは、より多くの熱を発生する傾向があり、それによって、それ自身に対して、かつそれの近傍のバッテリセルに対して過熱をもたらす。この過熱は、バッテリの劣化の加速をもたらす。
【発明の概要】
【０００３】
本開示は、バッテリ管理の仮想セル法のための方法、システム、及び装置に関する。少なくとも１つの実施形態において、バッテリ管理のための方法が開示される。方法は、バッテリセルの処理能力（例えば、電流（アンペア））及び／又は容量（アンペア時間）に基づいて、バッテリパックの中のバッテリセルに対して、少なくとも１つの仮想セルによって、シンキング及び／又はソーシング電流を介して電流平衡させることを含む。１以上の実施形態において、少なくとも１つの仮想セルは、少なくとも１つの劣化したバッテリセル又は少なくとも１つのあがったバッテリに対して、電流をシンク及び／又はソースすることができる。
【０００４】
１以上の実施形態において、本開示は、バッテリセルの能力に基づいてバッテリセルを電流平衡させるためのバッテリ管理の方法を教示する。開示される方法は、仮想セル管理コントローラによって、少なくとも１つのバッテリ層の電圧及び電流を受信することを含む。１以上の実施形態において、少なくとも１つのバッテリ層は、少なくとも１つのバッテリセルを備える。方法はさらに、仮想セル管理コントローラによって、バッテリパックの電圧及び電流を受信することを含む。少なくとも１つの実施形態において、バッテリパックは、バッテリセルの全てを備える。それに加えて、方法は、仮想セル管理コントローラによって、バッテリパックの電流を解析することによって、バッテリパックが充電しているのか、放電しているのか、又はアイドル状態にあるのかを判定することを含む。また、方法は、仮想セル管理コントローラによって、仮想セル管理コントローラが、バッテリパックが充電している又は放電しているうちのいずれかであると判定する場合に、基準電圧を決定することを含む。それに加えて、方法は、少なくとも１つの電圧コントローラによって、バッテリパックに対してバッテリパック電圧を提供することを含む。さらに、方法は、少なくとも１つの電圧コントローラによって、その関連するバッテリ層に対して、それぞれのバッテリ層電圧を提供することを含む。少なくとも１つの実施形態において、それぞれのバッテリ層電圧は、基準電圧及び少なくとも１つのバッテリ層の電圧に依存する。
【０００５】
１以上の実施形態において、仮想セル管理コントローラは、少なくとも１つの電圧コントローラの範囲内に統合される。いくつかの実施形態において、少なくとも１つのバッテリ層の範囲内に１より多い数のバッテリセルが存在する場合、バッテリセルはバッテリ層の範囲内において並列に一緒に接続される。少なくとも１つの実施形態において、１より多い数のバッテリ層が存在する場合、バッテリ層は直列に一緒に接続される。１以上の実施形態において、方法はさらに、システムコントローラによって、基準電圧、バッテリパックの電圧、バッテリパックの電流、少なくとも１つのバッテリ層の電圧、及び／又は少なくとも１つのバッテリ層の電流をロギング（ｌｏｇｇｉｎｇ）することを含む。
【０００６】
少なくとも１つの実施形態において、少なくとも１つの電圧コントローラは、比例‐積分‐微分（ＰＩＤ）のコントローラ、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ、ゲートドライブ、及び／又は電力ステージを備える。１以上の実施形態において、電力ステージは、直流電流／直流電流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータである。いくつかの実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、孤立した双方向フルブリッジのコンバータ、又は孤立した双方向ハーフブリッジのコンバータである。１以上の実施形態において、バッテリセルのうちの少なくとも１つはヒューズに接続される。
【０００７】
１以上の実施形態において、仮想セル管理コントローラは、バッテリ層の最大電圧及びバッテリ層の最小電圧を使用することによって、基準電圧を決定する。いくつかの実施形態において、バッテリパックが放電している場合、仮想セル管理コントローラは、バッテリ層の最小電流をさらに使用することによって、基準電圧を決定する。少なくとも１つの実施形態において、バッテリパックが充電している場合、仮想セル管理コントローラは、バッテリ層の最大電流をさらに使用することによって、基準電圧を決定する。
【０００８】
少なくとも１つの実施形態において、バッテリセルの能力に基づいてバッテリセルを電流平衡させるためのバッテリ管理のシステムが、開示される。開示されるシステムは、少なくとも１つのバッテリ層を備える。１以上の実施形態において、少なくとも１つのバッテリ層は、少なくとも１つのバッテリセルを備える。システムはさらに、バッテリパックを備える。いくつかの実施形態において、バッテリパックは、バッテリセルの全てを備える。また、システムは、少なくとも１つのバッテリ層の電圧及び電流を受信し；バッテリパックの電圧及び電流を受信し；バッテリパックの電流を解析することによって、バッテリパックが充電しているか、放電しているか、又はアイドル状態かを判定し；かつ仮想セル管理コントローラが、バッテリパックが充電している又は放電しているうちのいずれかであると判定する場合に、基準電圧を決定する仮想セル管理コントローラを備える。さらに、システムは、バッテリパックにバッテリパック電圧を提供し；かつ電圧コントローラに関連するバッテリ層にそれぞれのバッテリ層電圧を提供する少なくとも１つの電圧コントローラであって、それぞれのバッテリ層電圧は基準電圧及び少なくとも１つのバッテリ層の電圧に依存する、少なくとも１つの電圧コントローラを備える。
【０００９】
１以上の実施形態において、システムはさらに、基準電圧、バッテリパックの電圧、バッテリパックの電流、少なくとも１つのバッテリ層の電圧、及び／又は少なくとも１つのバッテリ層の電流をロギングするシステムコントローラを備える。
【００１０】
特徴、機能、及び利点は、本発明の種々の実施形態において単独で達成することができるか、又は他の実施形態において組み合わせることができる。
【００１１】
本開示の上記及び他の特徴、態様、及び利点に対する理解は、後述の説明、特許請求の範囲、及び添付図面を参照することにより深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、通常のバッテリセルと劣化したバッテリセルとの間の内部抵抗における差異を示す概略図である。
【図２】図２は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、通常のバッテリセルと劣化したバッテリセルとの間の放電容量における差異を示すグラフである。
【図３】図３は、電圧平衡器を採用する従来のバッテリ管理システムの概略図である。
【図４】図４は、バッテリパックの放電の間に劣化したバッテリセルが存在する、図３の電圧平衡器を採用する従来のバッテリ管理システムの概略図である。
【図５】図５は、バッテリパックの充電の間に劣化したバッテリセルが存在する、図３の電圧平衡器を採用する従来のバッテリ管理システムの概略図である。
【図６】図６は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、各々のバッテリ層に対して実質的に仮想バッテリセルを採用する、開示されるバッテリ管理システムの概略図である。
【図７】図７は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、健全なバッテリセル及び劣化したバッテリセルを保護するために、いかにして仮想バッテリセルが電流を提供するかを示す、図６の開示されるバッテリ管理システムの概略図である。
【図８】図８は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、健全なバッテリセル及び容量衰退のために劣化したバッテリセルを守るために、いかにして仮想バッテリセルが電流を提供するかを示す、図６の開示されるバッテリ管理システムの概略図である。
【図９】図９は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、２つの劣化したバッテリセルを補うために、いかにして２つの仮想バッテリセルが電流を提供するかを示す、図６の開示されるバッテリ管理システムの概略図である。
【図１０】図１０は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、３つの劣化したバッテリセルを補うために、いかにして２つの仮想バッテリセルが電流を提供するかを示す、図６の開示されるバッテリ管理システムの概略図である。
【図１１】図１１は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、各々のバッテリ層に対して電圧コントローラを採用し、かつ仮想セルに対して電圧セル管理（ＶＣＭ）コントローラを採用する、バッテリ管理システムの概略図である。
【図１２】図１２は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、図１１の例示的なシステムに対するバッテリ管理のための開示される方法を示す流れ図である。
【図１３】図１３は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、図１１の開示されたバッテリ管理システムによって採用される、例示的な電圧コントローラの概略図である。
【図１４】図１４は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、図１３の電圧コントローラによって採用され得る、例示的な孤立した双方向フルブリッジのコンバータの概略図である。
【図１５】図１５は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、図１３の電圧コントローラによって採用され得る、例示的な孤立した双方向ハーフブリッジのコンバータの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書の中において開示される方法及び装置は、バッテリ管理のための仮想セル法に対する作動システムを提供する。具体的には、このシステムは、仮想バッテリセルに対して、各々のバッテリ層のための電圧コントローラ、及び電圧セル管理（ＶＣＭ）コントローラを採用する。
【００１４】
本開示は、１）バッテリセル劣化及び故障状態のリアルタイムの検出、２）バッテリセルの健全性及び故障管理、及び３）バッテリセル寿命管理を、実行する仮想セル法に基づくインテリジェントなバッテリ管理システムを教示する。システム統合アーキテクチャは、開示されるシステムが、特定のバッテリ化学をフィットさせる任意の充電／放電プロトコルを組み込むことを可能にする。仮想セルは、バッテリセルの充電状態及び健全性の状態を感知し、かつ決定する手段を提供する。仮想セルはまた、それらの健全性の状態に従って、電流負荷を共有することによって、かつその負荷をバッテリセルに分配することによって、バッテリシステムをアクティブに管理する手段を提供し、それによって、健全なバッテリセルを過負荷になることから保護し、かつ劣化したバッテリセルを加速する劣化プロセスから保護する。本開示のシステムは、バッテリパック性能を向上させ、かつバッテリパックの寿命を延ばす。本開示のシステムが移動可能な又は静止した電力システムのバッテリに対して使用される場合、かなり大きな費用削減が達成され得る。
【００１５】
従来のバッテリ管理システムは、バッテリセルが同じ電圧を有することを強いるために、電圧平衡器（又は「イコライザー」として知られる）を使用する。この方法は、バッテリセルが等しく健全である場合（又は等しく不健全である場合）、バッテリセルの電圧を等しくし、かつ劣化プロセスを緩和させる。しかしながら、バッテリセルのうちの１以上に欠陥がある場合、又はそれが他のものよりも劣化している場合、電圧平衡器は、それが通常の電流よりも高い電流を用いて健全なバッテリセルに過負荷をかけるように強い、かつその間に劣化したバッテリセルが処理できるよりもかなり高い電流負荷を用いて劣化したバッテリセルを悪化させるので、バッテリセルを保護することができない。その後、バッテリセル劣化のプロセスは、これらの状況の下に加速する。電圧平衡器の問題を緩和させるために、従来の方法は、非常に厳しい設計制約を課し、かつ大きなバッテリを使用し、そのことは費用、重量、及び容積に関する問題をもたらす。これらの既存の解決法の中において電圧平衡器は、２つのグループへ分類され得る。第１のグループは、受動的な平衡器であり、それは、抵抗器、コンデンサ、及び誘導子などの、受動的な構成要素を平衡化ネットワークの中で採用する。受動的な平衡器の欠点は、それが抵抗の平衡器である場合、低い精度、遅い反応、及び低い効率を含むが、それらに限定されるものではない。第２のグループは、能動的な平衡器であり、それは、様々な電力コンバータなどの、能動的な構成要素を平衡化ネットワークの中で採用する。既存の能動的な平衡器の主要な問題は、典型的には、電流制限抵抗器が平衡器の中で使用され、それは電力消費に貢献し、かつ動的な反応を制限することである。これらの場合の両方において、平衡器は、バッテリセルの健全性の健全状態に基づいて、電流を共有しかつ分配するメカニズムを有していない。
【００１６】
既存の解決法は、それらが受動的でも能動的でも、バッテリセルが等しく健全であり又は等しく劣化している場合、上手く作用するが、それはまれな状況でありかつおそらく実際には見られないものである。バッテリセルが等しく健全ではない場合、既存の解決法は、それらが受け入れるように設計されているよりも高い電流を用いて、健全なバッテリセルに過負荷をかけ、かつそれらが処理できるよりも高い電流を用いて、不健全なバッテリセルを悪化させる。それ故、既存の解決法は、バッテリパックの劣化プロセスを加速させる。
【００１７】
本開示のシステムは、電流を動的に供給することができ、かつバッテリセルの健全状態に従って電流を分配することができる。そうすることによって、健全なバッテリセルの電流は、その設計値を超えず、かつ不健全なバッテリセルの電流は、その能力の範囲内で制御される。それ故、健全及び不健全な両方のバッテリセルが、保護される。全体のバッテリパックの劣化プロセスは抑制され、かつバッテリの寿命が延ばされる。本開示のシステムは、健全及び不健全な両方のバッテリセルを保護することができるので、バッテリパックの性能は、電力レベル及び寿命サイクルに関して、十分に検査されかつ高められ得る。システムは、バッテリセルの大きさのマージンをかなり低減し、かつ従来の設計の安全性のマージンを改良するので、このことは直接的に費用削減に結び付く。
【００１８】
以下の説明において、システムのより徹底した説明を提供するために、多くの詳細が説明される。しかしながら、当業者にとって、開示されるシステムがこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることは、明らかである。その他の場合、システムを不要に分かりにくくしないために、周知の特徴については詳細に説明しない。
【００１９】
バッテリセルが経験し得る様々な異なる劣化及び故障のモードが存在する。特に、２つの主要なバッテリセル劣化モードが存在する。第１のバッテリセル劣化モードは内部抵抗の増加であり、かつ第２のバッテリセル劣化モードは容量の衰退である。図１及び図２は、これらの２つのモードを示している。
【００２０】
図１は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、通常のバッテリセル１１０と劣化したバッテリセル１２０との間の内部抵抗１３０、１４０における差異を示す概略図１００である。この図において、通常のバッテリセル１１０は、Ｒオーム１３０の内部抵抗を有するように示され、一方、劣化したバッテリセル１２０は、Ｒ’オーム１４０の内部抵抗を有するように示されている。Ｒ’は、Ｒよりも大きく、そのようにして、劣化したバッテリセル１２０は、通常のバッテリセル１１０よりも大きい内部抵抗を有する。内部抵抗におけるこの増加は、電解質、電極、接触などにおけるオームの過電圧増加によってもたらされる。
【００２１】
図２は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、通常のバッテリセルと劣化したバッテリセルとの間の放電容量における差異を示すグラフ２００である。この図において、グラフ２００は、通常のバッテリセル及び劣化したバッテリセルに対する電圧と、アンペア時間（Ａｈ）における放電容量との関係を描いている。グラフ２００は、劣化したバッテリセルは、通常のバッテリセルよりも低い量の放電容量を有することを示している。この結果として得られる、劣化したバッテリセルに対する容量の衰退は、活物質の損失からもたらされる。
【００２２】
２つの主要なバッテリセル故障モードが存在することに注意すべきである。第１のバッテリセル故障モードは、バッテリセルが故障した場合、それは内部開回路として働くということである。このモードは、より一般的な場合であり、かつ本質的にバッテリパックにとって安全である。第２のバッテリセル故障モードは、バッテリセルが故障した場合、それはショートとして働くということである。このモードは、バッテリパックに対して破壊的な損傷をもたらし得る。
【００２３】
図３は、電圧平衡器３３０、３５９を採用する従来のバッテリ管理システム３００の概略図である。この図において、システム３００は２つの主要な部分を含み、それらは、バッテリアレイ３６０及び平衡化システム３０５である。バッテリアレイ（又はバッテリパックとしても言及される）３６０は、直列に一緒に接続される複数のバッテリ層３１０ａ‐ｋ（例えば、ｋ個のバッテリ層）を備えるように示されている。複数のバッテリセル３２０、３４０は、各々のバッテリ層３１０ａ‐ｋの範囲内にある（例えば、バッテリ層３１０ａはバッテリセル３２０ａ‐ｎを備え、かつバッテリ層３１０ｋはバッテリセル３４０ａ‐ｎを備える）。バッテリセル３２０、３４０は、それらのそれぞれのバッテリ層３１０ａ、３１０ｋの範囲内で、並列に一緒に接続される。平衡化システム３０５は、それらのそれぞれのバッテリ層３１０ａ、３１０ｋに各々が接続される、電圧平衡器３３０、３５０を備えるように示されている（例えば、電圧平衡器３３０はバッテリ層３１０ａに接続され、かつ電圧平衡器３５０はバッテリ層３１０ｋに接続される）。
【００２４】
図４は、バッテリパック３６０の放電の間に劣化したバッテリセル３２０ａが存在する、図３の電圧平衡器３３０、３５０を採用する従来のバッテリ管理システム３００の概略図である。この図において、バッテリパック３６０は正の電流（３Ｉ）を生み出すように示されているので、バッテリパック３６０は放電している。システム３００は、２つのバッテリ層３１０、３１５を備えるように示され、ここで、各々のバッテリ層３１０、３１５は、３つのバッテリセル３２０、３４０を備える。
【００２５】
この図の中においてまた示されるように、バッテリセル３４０ａは劣化したバッテリセルであり、かつ残っているバッテリセル３２０ａ‐ｃ、３４０ｂ‐ｃは、通常のバッテリセルである。通常のバッテリセルは、それらのバッテリ層の範囲内のバッテリセルの全てが健全であるならは、Ｉアンペア（ａｍｐｓ）の電流を有する。バッテリセル３４０ａは劣化しているので、今やそれは電流Ｉ−ΔＩアンペアを有する。劣化したバッテリセル３４０ａを含んでいるバッテリ層３１５と関連する電圧平衡器３５０は、そのバッテリ層３１５の中の他のバッテリセル３４０ｂ、３４０ｃが、劣化したバッテリセル３４０ａの中の電流の損失を補うために、電流における増加を有する原因となる。そのようにして、電圧平衡器３５０は、バッテリセル３４０ｂ、３４０ｃが各々Ｉ＋ΔＩ／２アンペアの電流を有する原因となる。
【００２６】
図５は、バッテリパック３６０の充電の間に劣化したバッテリセル３４０ａが存在する、図３の電圧平衡器３３０、３５０を採用する従来のバッテリ管理システム３００の概略図である。この図において、バッテリパック３６０は正の電流（３Ｉ）を受信するように示されているので、バッテリパック３６０は充電している。電圧平衡器３５０は、バッテリパック３６０が放電している、図４の中において描かれている場合と同様に作動するように示されている。
【００２７】
図４及び図５の中において示されるこの２×３のバッテリアレイの実施例に対して、従来の電圧平衡器が、電圧平衡器３３０、３５０に対して採用されることが想定されることは、注意すべきである。バッテリセル３４０ａは劣化しており、かつそれ故、Ｒ＋ΔＲの抵抗を有し、ここで、ΔＲは抵抗の増加であり、Ｒは全ての通常のバッテリセル３２０ａ‐ｃ、３４０ｂ‐ｃの各々によって所有される抵抗である。電圧平衡器３３０、３５０は電流を共有することができないので、これは電圧が一時的に不安定になる原因となる。そのようにして、バッテリバック３６０が放電している場合、バッテリ層３１０の電圧がバッテリ層３１５の電圧よりも大きく（Ｖ２＞Ｖ１）；かつバッテリパック３６０が充電している場合、バッテリ層３１０の電圧はバッテリ層３１５の電圧よりも小さい（Ｖ２＜Ｖ１）。これらの図から見られ得るように、下側のバッテリ層３１５の中の通常のセル３４０ｂ‐ｃの各々がΔＩ／２アンペアによって過負荷となり、ここで、Ｉアンペアは、バッテリ層の中のバッテリセルのうちの全てが通常である場合の、バッテリセル電流である。並列に一緒に接続されるｎ個のバッテリセルのバッテリ層に対して、以下の数式が示され得る。
2015534434.tif 000003
【００２８】
それ故、各々のバッテリセルは、劣化したバッテリセルと一緒に並列に接続され、以下の数式のように過負荷となる。
2015534434.tif 000004
【００２９】
この電流過負荷は、バッテリセルが加速したペースで劣化する原因となる。
【００３０】
図６は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、各々のバッテリ層６１０、６１５の各々に対して実質的に仮想バッテリセル６３０、６５０を採用する、開示されるバッテリ管理システム６００の概略図である。この図は、バッテリセルのショートの故障モードの状態の下において、いかにして仮想セル６５０が通常のバッテリセル６２０ａ‐ｃ、６４０ｂ‐ｃを壊滅的な不具合から保護するかを示している。
【００３１】
この図において、システム６００は、２つのバッテリ層６１０、６１５を備えるように示され、ここで、各々のバッテリ層６１０、６１５は、３つのバッテリセル６２０、６４０を備える（すなわち、バッテリ層６１０はバッテリセル６２０ａ‐ｃを備え、かつバッテリ層６１５はバッテリセル６４０ａ‐ｃを備える）。バッテリセル６２０、６４０は、それらのそれぞれのバッテリ層６１０、６１５の範囲内で、並列に一緒に接続されるように示されている。バッテリセル６２０、６４０の各々は、それぞれの保護回路（例えば、ヒューズ）６８０、６７０に接続される。バッテリ層６１０、６１５は、直列に一緒に接続されるように示されている。２つの仮想セル６３０、６５０は、各々それらのそれぞれのバッテリ層６１０、６１５に接続される。開示されるシステムの他の実施形態に対して、２つのバッテリ層６１０、６１５以外が採用され得；各々のバッテリ層６１０、６１５に対して３つのバッテリセル６２０、６４０以外が採用され得；バッテリ層６１０、６１５は、互いに異なる数のバッテリセル６２０、６４０を有し得；２つの仮想セル６３０、６５０以外が採用され得；保護回路６８０、６７０は、採用されるかもしれないし採用されないかもしれず；及び／又はバッテリセル６２０、６４０のうちの全てが保護回路６８０、６７０に接続されるわけではないことは、注意されるべきである。
【００３２】
典型的なバッテリセルの故障モードは、開放回路である。ショートの故障が生じる場合、保護回路（例えば、ヒューズ）は、バッテリセルを切断するように活動し、それによって、それが開放回路となる原因となる。両方の場合において、あがったバッテリセルは何らの電流も供給することができない。この図において、バッテリセル６４０ａは内部のショートの故障を経験し、それはバッテリパック６６０に対して壊滅的な損傷をもたらし得る。保護回路６７０ａは、バッテリセル６４０ａに接続され、バッテリセル６４０ａを切断するように活動し、それによってそれが開放回路となる原因となる。この場合において仮想セル６５０は、フルバッテリセル電流Ｉを提供するように機能する。図６は、バッテリセル電流及び電圧のうちの全てが平衡され（すなわち、Ｖ２＝Ｖ１）、かつそれ故、バッテリセル６２０ａ‐ｃ、６４０ｂ‐ｃは、壊滅的な不具合及び加速する劣化から保護されることを示している。
【００３３】
図７は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、健全なバッテリセル６２０ａ‐ｃ、６４０ｂ‐ｃ及び劣化したバッテリセル６４０ａを保護するために、いかにして仮想バッテリセル６５０が電流を提供するかを示す、図６の開示されるバッテリ管理システム６００の概略図である。この図は、劣化したバッテリセル６４０ａの状態（内部抵抗の増加）の下において、いかにして仮想セル６５０が電流を提供し、かつ通常のバッテリセル６２０ａ‐ｃ、６４０ｂ‐ｃを加速する劣化から保護するかを示している。
【００３４】
劣化したバッテリセル６４０ａが存在する場合、仮想セル６５０は、劣化したバッテリセル６４０ａからもたらされる電流の欠損を補い、かつ健全なバッテリセル６２０ａ‐ｃ、６４０ｂ‐ｃを加速する劣化から保護する。この図において、バッテリセル６４０ａは劣化したバッテリセルであり、かつ今やＩ−ΔＩ’アンペアの電流を有している。仮想セル６５０は、劣化したバッテリセル６４０ａからもたらされる電流の欠損（ΔＩ’）を補う。この図の中において示されるように、通常のバッテリセル６２０ａ‐ｃ、６４０ｂ‐ｃの全ては、電流及び電圧の両方において平衡される。ｎ個のバッテリセルが並列に一緒に接続される場合、仮想セルから提供される電流は、以下のものであることが示される。
2015534434.tif 000005
【００３５】
2015534434.tif 000006
上記の数式４の関係が存在するので、数式３を従来の平衡器の場合に適用される数式１と比較すると、以下の数式５の関係が得られる。
【００３６】
2015534434.tif 000007
【００３７】
数式５は、仮想セルが、劣化したセルがより少ない電流負荷を有する原因となり、かつそれ故、劣化プロセスが抑制されることを説明している。
【００３８】
全体として、仮想セル６５０は、電圧を瞬間的に平衡させることができる。これは、通常のセル６２０ａ‐ｃ、６４０ｂ‐ｃの全ての間で電流の平衡をもたらし、かつ劣化したセル６４０ａに対して低減された電流をもたらし、それ故、通常のバッテリセル６２０ａ‐ｃ、６４０ｂ‐ｃを過負荷から保護し、かつ劣化したセル６４０ａを加速する劣化から保護する。
【００３９】
図８は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、健全なバッテリセル６２０ａ‐ｃ、６４０ｂ‐ｃ及び容量衰退のために劣化したバッテリセル６４０ａを保護するために、いかにして仮想バッテリセル６５０が電流を提供するかを示す、図６の開示されるバッテリ管理システム６００の概略図である。この図は、（容量衰退のために）劣化したバッテリセル６４０ａの状態の下に、いかにして仮想セル６５０が、欠損を補うために電流を供給するかを示しており、それによって、通常のセル６２０ａ‐ｃ、６４０ｂ‐ｃを過負荷から保護し、かつ劣化したセル６４０ａを加速する劣化から保護する。
【００４０】
バッテリセル６４０ａが容量において劣化する場合、電流を提供するその能力は、同じ外的な条件の下における通常のバッテリセル６２０ａ‐ｃ、６４０ｂ‐ｃと比較して低減される。仮想セル６５０は、瞬間的に電圧を平衡させることができるので、劣化したバッテリセル６４０ａによる電流の欠損は、仮想セル６５０によって補われ、かつ通常のバッテリセル６２０ａ‐ｃ、６４０ｂ‐ｃのうちの全ての電流が平衡され、それによって、通常のバッテリセル６２０ａ‐ｃ、６４０ｂ‐ｃを過負荷から保護する。この図において、バッテリセル６４０ａは容量衰退のために劣化したバッテリセルであり、かつそのようにして今やＩ−ΔＩ’アンペアの電流を有している。仮想セル６５０は、劣化したバッテリセル６４０ａからもたらされる電流の欠損（ΔＩ’）を補う。内部抵抗増加のために劣化したセルの場合と同様に、この場合における電流の減少は、従来の電圧平衡器の場合における電流の減少よりも大きい。それ故、劣化したセル３４０ａの劣化プロセスは抑制される。
【００４１】
容量劣化したバッテリセルの電流欠損を補う仮想セル法は、容量衰退の関数としてどれだけ電流が減少するかから独立していることに注意しなさい。電流を提供するバッテリセルの能力は、容量衰退に従って減少する。仮想セルは、単に電流を供給して、バッテリパック６６０に対する平衡した電圧の状態の下で、電流欠損が何であれそれを補うことが注意されるべきである。
【００４２】
図９は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、２つの劣化したバッテリセル６２０ｃ、６４０ａを補うために、いかにして２つの仮想バッテリセル６３０、６５０が電流を提供するかを示す、図６の開示されるバッテリ管理システム６００の概略図である。そして図１０は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、３つの劣化したバッテリセル６２０ｃ、６４０ａ、６４０ｂを補うために、いかにして２つの仮想バッテリセル６３０、６５０が電流を提供するかを示す、図６の開示されるバッテリ管理システム６００の概略図である。
【００４３】
（図９において示されるように）１より多い数の劣化したバッテリセルの場合、及び（図１０において示されるように）劣化したバッテリセルがバッテリパック６６０の異なるバッテリ層の中に配置されている場合、仮想セルシステム６００は、全てのバッテリ層６１０、６１５に対して、かつ全ての通常のバッテリセル（図９に対して６２０ａ‐ｂ、６４０ｂ‐ｃ、及び図１０に対して６２０ａ‐ｂ、６４０ｃ）に対して、電圧及び電流の平衡化を同時かつ瞬間的に実行することができる。劣化したバッテリセル（図９に対して６２０ｃ、６４０ａ、及び図１０に対して６２０ｃ、６４０ａ‐ｂ）からもたらされる電流欠損は、抵抗増加又は容量衰退のいずれかから、又はそれらの両方からであっても、仮想セル６３０、６５０から自動的に補われる。そのようにして、通常のバッテリセルの全て（図９に対して６２０ａ‐ｂ、６４０ｂ‐ｃ、及び図１０に対して６２０ａ‐ｂ、６４０ｃ）は、過負荷から保護され、かつ劣化したバッテリセルの全て（図９に対して６２０ｃ、６４０ａ、及び図１０に対して６２０ｃ、６４０ａ‐ｂ）ては、加速する劣化から保護される。
【００４４】
図１１は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、各々のバッテリ層１１１０ａ‐ｋに対して電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋを採用し、かつ仮想セル１１０５に対して電圧セル管理（ＶＣＭ）コントローラ１１９０を採用する、バッテリ管理システム１１００の概略図である。この実装において、仮想セルシステム１１００は、バッテリアレイ（又はバッテリパック）１１６０のｋ個の直列接続したバッテリ層１１１０ａ‐ｋに対応する、ｋ個の電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋを有する。各々の電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋは、その関連するバッテリ層１１１０ａ‐ｋに接続される。各々のバッテリ層１１１０ａ‐ｋは、ｎ個のバッテリセル１１２０ａ‐ｎ、１１４０ａ‐ｎを備える。バッテリセル１１２０ａ‐ｎ、１１４０ａ‐ｎは、それらのそれぞれのバッテリ層１１１０ａ‐ｋの範囲内で並列に一緒に接続される。各々のバッテリセル１１２０ａ‐ｎ、１１４０ａ‐ｎは、そのそれぞれの保護回路（例えば、ヒューズ）１１８０ａ‐ｎ、１１７０ａ‐ｎに接続される。仮想セル管理（ＶＣＭ）コントローラ１１９０は、電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋ、バッテリ層１１１０ａ‐ｋ、及びバッテリパック１１６０に接続される。
【００４５】
他の実施形態において、システム１１００は、図１１の中において示されるような、ｋ個の仮想コントローラ１１３０ａ‐ｋよりも少ない構成を採用し得ることは、注意されるべきである。特に、ｋ個の仮想コントローラ１１３０ａ‐ｋの機能性は、単一の仮想コントローラユニット１１３０ａ‐ｋによって実行され得（すなわち、この場合、システム１１００はただ１つの仮想コントローラ１１３０ａ‐ｋだけを有する）、又はｋ個の仮想コントローラ１１３０ａ‐ｋよりも少ない構成によって実行され得る。それに加えて、いくつかの実施形態において、ＶＣＭコントローラ１１９０が、少なくとも１つの仮想コントローラ１１３０ａ‐ｋの範囲内において統合され得ることは、注意されるべきである。これらの実施形態に対して、ＶＣＭコントローラ１１９０及び少なくとも１つの仮想コントローラ１１３０ａ‐ｋは、単一のユニットの範囲内において一緒に統合され得、それはシステム１１００の中で実装され得る。
【００４６】
各々の電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋの出力ターミナルは、その対応するバッテリ層１１１０ａ‐ｋの正及び負のターミナルに接続され、一方、各々の電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋの入力ターミナルは、通常、バッテリパック１１６０の正及び負のターミナルに接続される。このやり方において、電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋの全ての入力電圧は、バッテリ出力電圧と等しく、一方、電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋの全ての出力電圧は、図１１の中において描かれている実施形態に対して、（バッテリ出力電圧）／ｋに等しくなるように制御される。
【００４７】
様々な異なる実施形態に対して、様々な他の装置（例えば、別のバッテリ、直流（ＤＣ）電源など）が、電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋの入力側と接続するために、開示されるシステム１１００によって採用され得ることは、注意されるべきである。これらの実施形態に対して、電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋの全ての入力電圧は、バッテリ出力電圧と等しく、かつ電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋの全ての出力電圧は、（バッテリ出力電圧）／ｋに等しくなるように制御されるという記述は、正しくない。
【００４８】
電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋは、それらが電流をソース又はシンクすることができるように、制御される。入力電圧は常に正なので、これは、電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋがバッテリパック１１６０から電力を引くか、又はバッテリパック１１６０に電力を送り戻すかのいずれかを行うことができることを意味する。他の実施形態において、他の様々な装置が、電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋの入力側に接続するために使用され得ることは、注意されるべきである。バッテリパック１６０に電圧をソースするために採用され得る他の様々な装置の実施例は、別のバッテリ及び直流（ＤＣ）電源を含むが、それらに限定されるものではない。
【００４９】
ＶＣＭコントローラ１１９０は、各々の対応するバッテリ層１１１０ａ‐ｋから電圧及び電流信号（Ｖｎ、Ｉｎ、ｎ＝１、２、…ｋ）を受信し、かつバッテリパック１１６０から電圧及び電流信号（Ｖ０、Ｉ０）を受信する。ＶＣＭコントローラ１１９０は、電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋに制御信号（Ｖｒｅｆ）を送る。各々のバッテリ層１１１０ａ‐ｋの状態は、バッテリの健全性及び寿命管理のために、ＶＣＭコントローラ１１９０によって収集され、かつ（図示せぬ）システムコントローラに対して送られる１１９５。
【００５０】
図１２は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、図１１の例示的なシステムに対するバッテリ管理のための、開示される方法を示す流れ図１２００である。方法１２００の開始１２０５において、ステップは最初にゼロ（０）に初期化される。その後、ＶＣＭコントローラ１１９０は、バッテリパック１１６０及び各々のバッテリ層１１１０ａ‐ｋからの電流（Ｉｉ、ここでｉ＝０、１、２、…ｋ）を測定し、かつバッテリパック１１６０及び各々のバッテリ層からの電圧（Ｖｉ、ここでｉ＝０、１、２、…ｋ）を測定する。その後、ＶＣＭコントローラ１１９０は、バッテリパック１１６０の電流（Ｉ０）を解析することによって、バッテリパック１１６０が放電しているか、充電しているか、又はアイドル状態にあるかを判定する１２２０。バッテリパック１１６０の電流（Ｉ０）がゼロ（０）より大きい場合、ＶＣＭコントローラ１１９０は、バッテリパック１１６０が放電している（すなわち、電流はバッテリパック１１６０から流れ出ている）と判定し；電流（Ｉ０）がゼロ（０）より小さい場合、ＶＣＭコントローラ１１９０は、バッテリパック１１６０が充電している（すなわち、電流はバッテリパック１１６０の中へ流れ込んでいる）と判定し；かつ電流（Ｉ０）がゼロ（０）に等しい場合、ＶＣＭコントローラ１１９０は、バッテリパック１１６０がアイドル状態である（すなわち、電流はバッテリパック１１６０に流れ込んでも流れ出してもいない）と判定する。
【００５１】
ＶＣＭコントローラ１１９０が、バッテリパック１１６０が放電していると判定する場合、ＶＣＭコントローラ１１９０は、Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎ、ΔＶ、及びＩｍｉｎを決定する１２２５。Ｖｍａｘは、バッテリ層１１１０ａ‐ｋのうちの全ての最大電圧と等しく、Ｖｍｉｎは、バッテリ層１１１０ａ‐ｋのうちの全ての最小電圧と等しく、ΔＶは、Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎと等しく、かつＩｍｉｎは、バッテリ層１１１０ａ‐ｋのうちの全ての最小電流と等しい。その後、ＶＣＭコントローラ１１９０は、ΔＶがΔＶｃｒｄより小さいか否かを判定し１２３０、ここで、Ｖｃｒｄは、放電の間の２つのバッテリ層１１１０ａ‐ｋの間の許容可能な最大の電圧差と等しく、それは所定の正の値である。
【００５２】
ＶＣＭコントローラ１１９０が、ΔＶがΔＶｃｒｄよりも小さいと判定する場合、ＶＣＭコントローラ１１９０は、ステップがゼロ（０）より大きいか否かを判定する１２３５。ＶＣＭコントローラ１１９０が、ステップがゼロ（０）より大きくないと判定する場合、その後、ＶＣＭコントローラはＶｒｅｆがＶｍａｘと等しくなるように設定する１２４０。また、ＶＣＭコントローラ１１９０が、ΔＶがΔＶｃｒｄより小さくないと判定する場合、その後、ＶＣＭコントローラはＶｒｅｆがＶｍａｘと等しくなるように設定する１２４０。
【００５３】
しかしながら、ＶＣＭコントローラ１１９０が、ステップがゼロ（０）より大きいと判定する場合：Ｉｍｉｎがゼロより大きい場合、ＶＣＭコントローラ１１９０は、ＶｒｅｆがＶｒｅｆ−ΔＶｄ（ここで、ΔＶｄは放電の間に電圧を調整するための所定の正の値に等しい）と等しくなるように設定し；Ｉｍｉｎがゼロより小さい場合、ＶＣＭコントローラ１１９０は、ＶｒｅｆがＶｒｅｆ＋ΔＶｄと等しくなるように設定し；かつＩｍｉｎがゼロと等しい場合、ＶＣＭコントローラ１１９０は、ＶｒｅｆがＶｒｅｆと等しくなるように設定する１２４５。その後、ＶＣＭコントローラ１１９０は、電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋ（番号１からｋ）のうちの全てに対してＶｒｅｆを設定する１２５０。
【００５４】
ＶＣＭコントローラ１１９０が、バッテリパック１１６０が充電していると判定する場合、ＶＣＭコントローラ１１９０は、Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎ、ΔＶ、及びＩｍｉｎを決定する１２６０。Ｖｍａｘは、バッテリ層１１１０ａ‐ｋのうちの全ての最大電圧と等しく、Ｖｍｉｎは、バッテリ層１１１０ａ‐ｋのうちの全ての最小電圧と等しく、ΔＶは、Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎと等しく、かつＩｍａｘは、バッテリ層１１１０ａ‐ｋのうちの全ての最大電流と等しい。その後、ＶＣＭコントローラ１１９０は、ΔＶがΔＶｃｒｃより小さいか否かを判定し１２６５、ここで、Ｖｃｒｃは、充電の間の２つのバッテリ層１１１０ａ‐ｋの間の許容可能な最大の電圧差と等しく、それは所定の正の値である。
【００５５】
ＶＣＭコントローラ１１９０が、ΔＶがΔＶｃｒｃよりも小さいと判定する場合、ＶＣＭコントローラ１１９０は、ステップがゼロ（０）より大きいか否かを判定する１２７０。ＶＣＭコントローラ１１９０が、ステップがゼロ（０）より大きくないと判定する場合、その後、ＶＣＭコントローラはＶｒｅｆがＶｍｉｎと等しくなるように設定する１２７５。また、ＶＣＭコントローラ１１９０が、ΔＶがΔｃｒｄより大きくないと判定する場合、その後、ＶＣＭコントローラはＶｒｅｆがＶｍｉｎと等しくなるように設定する１２７５。
【００５６】
しかしながら、ＶＣＭコントローラ１１９０が、ステップがゼロ（０）より大きいと判定する場合：Ｉｍａｘがゼロより大きい場合、ＶＣＭコントローラ１１９０は、ＶｒｅｆがＶｒｅｆ−ΔＶｃ（ここで、ΔＶｃは充電の間に電圧を調整するための所定の正の値に等しい）と等しくなるように設定し；Ｉｍａｘがゼロより小さい場合、ＶＣＭコントローラ１１９０は、ＶｒｅｆがＶｒｅｆ＋ΔＶｃと等しくなるように設定し；かつＩｍａｘがゼロと等しい場合、ＶＣＭコントローラ１１９０は、ＶｒｅｆがＶｒｅｆと等しくなるように設定する１２８０。その後、ＶＣＭコントローラ１１９０は、電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋ（番号１からｋ）のうちの全てに対してＶｒｅｆを設定する１２８５。
【００５７】
Ｖｒｅｆが電圧コントローラ１１３０ａ‐ｋのうちの全てに対して設定された後、電圧及び／又は電流データ（例えば、基準電圧（Ｖｒｅｆ）、バッテリパックの電圧（Ｖ０）、バッテリパックの電流（Ｉ０）、少なくとも１つのバッテリ層の電圧（Ｖ１‐Ｖｋ）、及び／又は少なくとも１つのバッテリ層の電流（Ｉ１‐Ｉｋ））は、随意に、システムコントローラに送られかつロギングされる１２９０。その後、ステップ番号は１つ（１）増加される１２９５。ステップ番号が１つ増加された後、方法１２００はステップ１２１５からの開始を繰り返す。
【００５８】
図１３は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、図１１の開示されるバッテリ管理システム１１００によって採用される、例示的な電圧コントローラ１１３０の概略図である。この図において、Ｖｒｅｆ、及びバッテリ層からの電圧（Ｖｉ、ここで、ｉ＝１、２、…ｋ）は、電圧コントローラ１１３０の中へ入力されるように示されている。その後、Ｖｒｅｆ、及びバッテリ層からの電圧は、足し合わされる１３１０（実際には、アナログ加算器１３１０がマイナスの作動を実行することに注意せよ）。その後、結果としての信号は、比例‐積分‐微分（ＰＩＤ）コントローラ１３２０の中へ入力される。その後、ＰＩＤコントローラ１３２０から出力された信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ１３３０の中へ入力される。その後、ＰＷＭコントローラ１３３０から出力された信号は、ゲートドライブ１３４０の中へ入力される。その後、ゲートドライブ１３４０は、電力ステージ１３５０のトランジスタに電圧を送る。その後、電力ステージ１３５０は、バッテリパック１１６０に電圧（Ｖ０）を提供し、かつバッテリ層１１１０ａ‐ｋの各々に電圧（Ｖｉ、ｉ＝１、２、…ｋ）を提供する。
【００５９】
ｋ個の電圧コントローラ１１３０の各々に対して、ただ２つのみの電圧が入力として必要とされる（すなわち、１つは基準電圧（Ｖｒｅｆ）であり、かつもう１つは、電圧コントローラ１１３０に関連するバッテリ層に対応する電圧（Ｖｉ）である）。そのようにして、各々の電圧コントローラ１１３０は、Ｖｒｅｆを、バッテリ層の全ての電圧（すなわち、Ｖｉ、ここで、ｉ＝１、２、…ｋ）とは足し合わせない１３１０。しかしむしろ、電圧コントローラ１１３０は、Ｖｒｅｆを、電圧コントローラ１１３０に対応するバッテリ層に対する電圧（Ｖｉ）のみと足し合わせる１３１０。例えば、バッテリ層２に対して、Ｖｒｅｆ及びＶ２は、電圧コントローラに対する入力として使用され、かつ引き続いて電圧コントローラ１１３０によって一緒に足し合わされる１３１０。
【００６０】
図１４は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、図１３の電圧コントローラ１１３０によって採用され得る、例示的な孤立した双方向フルブリッジのコンバータ１４００の概略図である。図１５は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、図１３の電圧コントローラ１１３０によって採用され得る、例示的な孤立した双方向ハーフブリッジのコンバータ１５００の概略図である。特に、図１４及び図１５の中において描かれているコンバータ１４００、１５００は、図１３の電圧コントローラ１１３０の電力ステージ１３５０に対して採用され得る。他の実施形態において、図１４及び図１５の中において示されているコンバータ以外の他のコンバータが、電圧コントローラ１１３０の電力ステージ１３５０に対して、開示されるシステムによって採用され得ることは、注意されるべきである。
【００６１】
特定の例示的な実施形態及び方法が本明細書の中に開示されたが、前述の開示内容から、当業者には、本開示の精神及び範囲から逸脱することなくこのような実施形態及び方法に変更及び修正を加えることが可能であることは明らかであろう。その他多数の本開示の実施例があり、各実施例はその詳細事項においてのみ他と異なる。したがって、本開示は特許請求の範囲及び適用法の規則及び原理によって要求される範囲にのみ制限されることが意図されている。
【図１】
2015534434.tif 000008
【図２】
2015534434.tif 000009
【図３】
2015534434.tif 000010
【図４】
2015534434.tif 000011
【図５】
2015534434.tif 000012
【図６】
2015534434.tif 000013
【図７】
2015534434.tif 000014
【図８】
2015534434.tif 000015
【図９】
2015534434.tif 000016
【図１０】
2015534434.tif 000017
【図１１】
2015534434.tif 000018
【図１２】
2015534434.tif 000019
【図１３】
2015534434.tif 000020
【図１４】
2015534434.tif 000021
【図１５】
2015534434.tif 000022
【国際調査報告】
2015534434.tif 000023
2015534434.tif 000024
2015534434.tif 000025