(57)【要約】セルまたはバッテリー（Ｂ１‐Ｂ１０）の充電状態を管理するためのバッテリー管理ユニットおよびバッテリー管理システム。各バッテリー管理ユニット（１）は、セルまたはバッテリーの端子電圧を測定して、この情報を通信媒体（２）経由で中央制御装置（３）に提供する。各バッテリー管理ユニット（１）は、制御装置（６）の管理の下、複数のバッテリー（Ｂ１‐Ｂ１０）を監視して、充電器（７）およびスイッチ回路（８、１７）経由で、１つの選択されたバッテリー（Ｂ１‐Ｂ１０）を選択して充電できて、放電抵抗器（１０）およびスイッチ回路（８、１７）経由で、１つの選択されたバッテリーを選択して放電できる。
2004524793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリー管理ユニットに接続された複数のセルまたはバッテリーの充電状態を管理するバッテリー管理ユニットであって、上記バッテリー管理ユニットは以下を含む：
セルまたはバッテリーの充電状態を測定するための充電状態センサ；
セルまたはバッテリーを充電するための充電器；
セルまたはバッテリーから放電するための放電器；
動的にセルまたはバッテリーの充電状態を所定の範囲で維持するために、充電状態センサからの充電状態情報を受けるとともに、セルまたはバッテリーに充電器または放電器を選択して接続する制御装置。
【請求項２】
充電状態センサが、各セルまたは各バッテリーの電圧を測定して、各セルまたは各バッテリーの充電状態を決定することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項３】
電圧センサが各セルまたはバッテリーの電圧を測定して、電圧センサの出力が制御装置へマルチプレクスされることを特徴とする請求項２に記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項４】
セルまたはバッテリーの温度を測定するための、および温度情報を制御装置へ提供するための温度センサを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項５】
セルまたはバッテリーの充電状態を好ましい範囲で維持するために、制御装置が、選択されたセルまたはバッテリーを、充電および放電することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項６】
最も低い端子電圧をもち、所定の低電圧閾値以下のセルまたはバッテリーは、すべてのセルが低電圧閾値を超える端子電圧をもつまで、所定の期間充電器に接続されることを特徴とする請求項５に記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項７】
最も高い端子電圧をもち、所定の高電圧閾値を超えるバッテリーまたはセルは、すべてのセルが高電圧閾値以下の端子電圧をもつまで、所定の期間放電器に接続されることを特徴とする該当する請求項のいずれか１つに記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項８】
充電器によりセルまたはバッテリーへ供給される電力を監視するために、またはセルまたはバッテリーへの電力に関する情報を制御装置へ与えるための電力センサを含むことを特徴とする該当する請求項のいずれか１つに記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項９】
充電器または放電器の出力端子を、選択されたセルまたはバッテリーに選択して接続するために、制御装置がリレー・マトリックスを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項１０】
選択されたセルまたはバッテリーを充電または放電するために、バッテリー情報の中央制御ユニットへの伝送を助けるために、および中央制御ユニットからの命令を受信するために通信ポートを含むことを特徴とする該当する請求項のいずれか１つに記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項１１】
バッテリー管理ユニットが各通信経路経由で中央制御ユニットと通信して、該当する請求項のいずれか１つに記載の複数のバッテリー管理ユニット、および中央制御ユニットを備えることを特徴とするバッテリー管理システム。
【請求項１２】
中央制御ユニットからの制御命令に反応して、選択されたバッテリー管理ユニットに連結された複数のセルまたはバッテリーを、同時に充電するための主充電器を含むことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１３】
１つのバッテリー管理ユニットに連結された、選択されたセルまたはバッテリーを充電するために、中央制御ユニットに応答する発電機を含むことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１４】
複数のバッテリー・グループの本質的に同等な充電状態を維持するために、中央制御ユニットは、所定の期間内にいくつかのバッテリー・グループから消費される電力を推定して、選択されたバッテリー管理ユニットに連結されたセルまたはバッテリーへの電力供給を動的に変更することを特徴とする請求項１３に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１５】
中央制御ユニットが、各バッテリー管理ユニットから充電状態情報を受信して、通信媒体上を送信されるバッテリー管理ユニットへの命令経由で、選択されたセルまたはバッテリーの局所充電または局所放電を制御することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載のバッテリー管理システム。
【請求項１６】
指図された範囲内に連結されたセルまたはバッテリーの充電状態を維持するために、各バッテリー管理ユニットが、セルまたはバッテリーの充電および放電を制御することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載のバッテリー管理システム。
【請求項１７】
以下のステップを備えた複数のセルまたはバッテリーの充電状態を平衡化するおよび充電することを特徴とする方法：
主充電器により同時に複数のセルまたはバッテリーを充電すること；および指図された範囲外に充電状態があるセルを選択して充電または放電することにより、充電中の各セルまたはバッテリーの充電状態を維持すること。
【請求項１８】
各セルまたはバッテリーの充電状態が、各セルまたはバッテリーの電圧を測定することにより決定されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
最大端子電圧をもち、高電圧閾値を超えるバッテリーは、すべてのセルまたはバッテリーが高電圧閾値以下になるまで、所定の期間放電されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
最低電圧をもち、最低電圧閾値レベル以下のセルまたはバッテリーは、すべてのバッテリーまたはセルが最低電圧閾値レベルを超える端子電圧をもつようになるまで、第２の充電器により充電されることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
セルまたはバッテリーの温度が所定の閾値を超えないように、セルまたはバッテリーの温度が監視されて、バッテリーの充電または放電が制御されることを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】
複数のバッテリー・グループは、すべてのセルまたはバッテリーが好ましい充電状態の範囲を維持できるように、同時に充電されることを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
複数のバッテリー管理ユニットは、充電状態情報により、各連結されたセルまたはバッテリーの充電状態を監視して、充電状態情報の、セルまたはバッテリーの充電または放電を制御する中央制御装置への供給を監視することを特徴とする請求項１７から２２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２４】
中央制御装置が、上記期間のセルまたはバッテリーの電力使用量に基づいて、発電機出力を選択されたセルまたはバッテリーに選択して接続することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
上記期間のエネルギー消費量を補うために、中央制御装置は、所定の期間内の電力消費を監視して、発電機を選択されたセルまたはバッテリーに接続する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
中央制御ユニットが、セルまたはバッテリーの充電または放電のすべてを制御することを特徴とする請求項１７〜２５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２７】
中央制御ユニットが、主充電器または発電機経由で、セルまたはバッテリーのグループの充電を制御して、バッテリー管理ユニットが、各セルまたはバッテリー個々の充電および放電を制御することを特徴とする請求項１７〜２５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２８】
請求項１〜１６のいずれか１つに記載のバッテリー管理ユニットまたはバッテリー管理システムを含むことを特徴とする電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリー管理システム、特に電気自動車の応用例におけるバッテリー運用を管理するシステムと方法に関係する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は技術的に知られている。電気自動車は１つ以上のバッテリーを備えていて、自動車にとって原動力となる力を順に提供する１つ以上の電気モーターへエネルギーを供給する。一般的に各バッテリーは、昼間の使用のため、夜充電される。これらの自動車では、各バッテリーは、充電状態の定期的な大変動を経験するので、各バッテリーの寿命は一般的に短い。バッテリーの過放電は、これもバッテリーの寿命を短くするので望ましくない。
【０００３】
ハイブリッド電気自動車は知られている。ハイブリッド自動車の１つのタイプは、自動車の使用の間、エネルギーを生成するために使用することのできる予備電力ユニットをそなえる。このエネルギーは、バッテリーエネルギーを補うために、またはバッテリーを充電するために使用できる。自動車内での予備電力ユニットの有効性とともに、バッテリー電力ユニットの運用および予備電力ユニットの運用を調整して、バッテリーの寿命を縮めるバッテリーの過充電を避ける、バッテリー管理システムを備えることが好ましい。
【０００４】
多くのバッテリー管理システムが知られているが、それらは一般的に、夜間の充電の間、いずれかの実際の制御を行うだけである。使用中、予備電力ユニットは、しばしば、所定のおよび一定の電力出力で連続的に作動する。これはバッテリーの過充電になりうる。かわりの仕組みは、バッテリー電圧、または充電状態が所定のレベル以下になった場合、予備電力ユニットを作動させるだけである。これは充電状態の変動に関する問題を克服しない。
【０００５】
出版物、非特許文献１において、充電状態情報を集めて記憶しておくための１つの分散型システムが開示された。データ解析は集中化されるより分散化されていて、充電状態平衡化を達成するための充電方法の開示はない。
【０００６】
特許文献１は１つのバッテリー管理システムを開示して、各セルが１つのセル充電器または可変抵抗バンクに選択して接続されてもよい。しかし、１つのセルバッテリー充電器へのまたは可変抵抗連結部への接続は、バッテリーの充電状態の平衡化を行うというよりは、単に各バッテリーの容量を決定するためである。
【０００７】
特許文献２は１つのバッテリー管理システムを開示する。ここで各バッテリーは、バッテリーを監視するための、およびバッテリーを充電するための、連結されたバッテリーモジュールを備えている。これは高価で複雑なシステムである。
【０００８】
特許文献３は１つのバッテリー管理システムを開示する。ここでバイパス配置は、各バッテリーが、選ばれたバッテリーの過充電を減らし、一方残りのバッテリーは充電させるよう提供される。これは各セルのためのバイパス抵抗配置を備えた１つの独立したモジュールを必要として、選ばれたバッテリーの選択式充電を許さない。
【０００９】
特許文献４は監視するおよび充電するのみのシステムである。放電能力は開示されていない。
【００１０】
特許文献５は１つのバッテリー管理システムを開示する。ここで１つの独立したバッテリーモジュールは、各バッテリーが１つの独立したバッテリーモジュールを高価かつ複雑にするために必要とされる。
【００１１】
本発明の目的の１つは、バッテリーの能力を最適化するための、およびバッテリーの寿命を延ばすための、ハイブリッド電気自動車におけるバッテリー運用を制御するバッテリー管理システムを提供することである。
【００１２】
本発明の更なる目的の１つは、既存技術における上記問題を克服する、または少なくとも改良する、ハイブリッド電気自動車のためのバッテリー管理システムを提供することである。
【００１３】
上記反論は、１つの役立つ代わりの方法を少なくとも公に提供する目的とは分離して読める。
【特許文献１】
ＰＣＴ特許出願公開第ＷＯ９９／０１９１８号
【特許文献２】
米国特許第５７０１０６８号
【特許文献３】
米国特許第６０４３６２８号
【特許文献４】
米国特許第６０７８１６５号
【特許文献５】
欧州特許第０７９８８３９Ａ２号
【非特許文献１】
組み込みインターネット・インターフェイスを備えた分散型ＶＲＬＡバッテリー管理体制、アンブキー他著、ＩＥＥＥ通信エネルギーカンファレンス（ＩＮＴＥＬＥＣ２０００）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の面によれば、バッテリー管理ユニットに接続された複数のセルまたはバッテリーの充電状態を管理するための、１つのバッテリー管理ユニットが提供される。上記バッテリー管理ユニットは以下を含む：
セルまたはバッテリーの充電状態を測定するための充電状態センサ；
セルまたはバッテリーを充電するための充電器；
セルまたはバッテリーから放電するための放電器；
動的にセルまたはバッテリーの充電状態を所定の範囲で維持するために、充電状態センサからの充電状態情報を受ける、およびセルまたはバッテリーに充電器または放電器を選択して接続する制御装置。
【００１５】
本発明の更なる１つの面によれば、複数のセルまたはバッテリーを充電する、または複数のセルまたはバッテリーの充電状態を平衡化する１つの方法が提供される。上記方法は以下のステップを備える：
ｉ主充電器により、同時に複数のセルまたはバッテリーを充電する；および
ii指示された範囲外の充電状態のセルを選択して充電または放電することにより、充電中の各セルまたはバッテリーの充電状態を維持する。
【００１６】
本発明の他の１つの面によれば、２つ以上の組で接続されたセルまたはバッテリーのグループを備える、バッテリーの運用を管理するためのシステムを提供する。上記システムは以下を備える：
１つの連結されたバッテリー・グループに接続された２つ以上のバッテリー管理ユニットであって、１つ以上のセルおよび／または周囲の（ａｍｂｉｅｎｔ）変数パラメータを測定できて、そのグループ内の１つ以上のセルまたはバッテリーの充電および／または放電を制御できる局所プロセッサを含む局所装置；および、２つ以上の局所プロセッサと通信する中央プロセッサ；およびその中で、
中央プロセッサは、１つ以上のセルおよび／または周囲の変数パラメータに反応する。これは２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループへのエネルギー供給を動的に制御するためである；および／または局所プロセッサは１つ以上のセルおよび／または周囲の変数パラメータまたは伝送された制御データに反応する。これらは、本質的に２つ以上の組の接続されたバッテリー・グループへの電力の供給とは無関係に、１つのグループ内の１つ以上のセルまたはバッテリーの充電および／または放電を制御するためである。
【００１７】
望ましくは、上記システムは主充電器を備えている、ここで中央プロセッサは２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループへのエネルギー供給を主充電器経由で動的に制御する。
【００１８】
望ましくは、上記システムは予備電力ユニットを備えている。代わりに、中央プロセッサは２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループへのエネルギー供給を予備電力ユニット経由で動的に制御する。さらに望ましくは、中央プロセッサは、連続的にまたは定期的に、２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループから取り除くエネルギーを推測して、予備電力ユニットの出力を動的に変化させる。これは、本質的に、２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループの本質的に一定な充電状態を維持するためである。
【００１９】
特に第１の面では、本発明はバッテリーの運用を管理するためのシステムを提供する。ここで本発明は２つ以上の組で接続されたセルまたはバッテリーのグループを備えていて、以下を含む：２つ以上のバッテリー管理ユニットであって、各々関連するバッテリー・グループに接続されて、上記ユニットは以下を含む：局所充電器、
局所放電器、
局所充電器や局所放電器を各々グループ内の１つ以上のセルまたはバッテリーに電気的に接続するスイッチ、
グループ内の１つ以上のセルおよび／または周囲の変数パラメータを測定するためのセンサ、および
充電器、放電器、スイッチ、およびセンサと通信して、充電器、放電器、およびスイッチを制御することが可能である局所プロセッサ；
２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループへエネルギーを供給するための主充電器；および
バッテリーの操作を管理するために、２つ以上のユニットおよび主充電器と通信して、バッテリー状態にすぐに反応する中央プロセッサ。
【００２０】
望ましくは、上記システムは共通通信媒体を備えている。ここで中央プロセッサと局所プロセッサは共通通信媒体に接続されていて、各プロセッサは他のプロセッサと通信可能であって、上記媒体に接続されたすべてのプロセッサと通信可能であってもよい。
【００２１】
望ましくは、中央プロセッサは、１つ以上の局所プロセッサと通信して、１つ以上のセルおよび／または周囲の変数パラメータに関する情報を受け取る。ここで中央プロセッサは、バッテリーの運用を管理するために、上記情報に反応する。
【００２２】
中央プロセッサは各セルおよび／または変数パラメータに反応してもよい。これは、主充電器手段から２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループへのエネルギー供給を操作するためである。および／またはグループ内での１つ以上のセルまたはバッテリーの制御を決定する１つ以上の局所プロセッサに、制御データを伝えるためである。代わりに、中央プロセッサは、主充電器から２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループへのエネルギー供給を操作してもよい。および、局所プロセッサ手段は、グループ内の１つ以上のセルまたはバッテリーの制御への参照情報に反応してもよい。
【００２３】
望ましくは、局所プロセッサは、他のグループまたは主充電器の運用とは無関係に、グループ内の１つの独立したセルまたはバッテリーへの／からのエネルギーの供給および／または除去を操作できる。予想されるのは、排他的ではないが、望ましくは、スイッチが、グループ内の各セルまたはバッテリーへの、局所充電器または局所放電のいずれかを接続するのに適応したマルチプレクサであることである。ここでマルチプレクサは局所プロセッサにより操作される。
【００２４】
さらなる面によれば、本発明はバッテリーの運用を管理するための方法を提供する。ここで本発明は２つ以上の組で接続されたセルまたはバッテリーのグループを備えていて、以下を含む：
バッテリー管理ユニットを２つ以上のバッテリー・グループの各々に接続して、各上記ユニットは以下を含む：
局所充電器、
局所放電器、
局所充電器または局所放電器を個々にグループ内の１つ以上のセルまたはバッテリーに電気的に接続するためのコネクタ、
グループ内の１つ以上のセルおよび／または周囲の変数パラメータを測定するための局所センサ、および
充電器、放電器、コネクタ、およびセンサと通信する局所プロセッサであって、グループ内の上記手段、および１つ以上のセルまたはバッテリーの運用を制御することができる；
主充電器をバッテリーへ接続する；
上記ユニットと通信する中央プロセッサを提供する；およびその中で
定期的に、または連続的に、２つ以上のユニットは、２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループの、１つ以上のセルおよび／または周囲の変数パラメータを測定して、上記パラメータを中央プロセッサへ伝達する；および
上記パラメータを参照基準へ関係付ける、およびそれを受けて、中央プロセッサは、２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループへのエネルギー供給を動的に制御する；および／または局所プロセッサは、グループ内の１つ以上のセルまたはバッテリーの、充電および／または放電を操作する。ここで、本質的に、２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループへのエネルギー供給とは無関係である。
【００２５】
望ましくは、中央プロセッサは、１つ以上のセルおよび／または周囲の変数パラメータを測定することを開始し、上記パラメータの中央プロセッサへの伝達を開始する。
【００２６】
望ましくは、中央プロセッサは、グループ内のバッテリーのうち１つ以上のセルの充電または放電を開始する、および終了する。
【００２７】
望ましくは、上記システムは主充電器を含み、中央プロセッサは、主充電器経由で、２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループへのエネルギー供給を動的に制御する。
【００２８】
望ましくは、上記システムは予備電力ユニットを備え、代わりに中央プロセッサ手段は、予備電力ユニット経由での、２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループへのエネルギー供給を動的に制御する。さらに望ましくは、中央プロセッサは、連続的にまたは定期的に、２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループから取り除くエネルギーを推測して、予備電力ユニットの出力を動的に変化させる。これは、本質的に、２つ以上の組で接続されたバッテリー・グループの本質的に一定な充電状態を維持するためである。
【００２９】
さらなる面によれば、本発明は、バッテリー管理システムまたは上記方法を含むハイブリッド電気自動車を提供する。
【００３０】
本発明のさらなる面は、例による方法によってのみ与えられる下記の説明により明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、本発明の特定の例は図１および２への参照で説明される。説明中で同様な数字は同様な整数を示す。本発明は、ハイブリッド電気自動車の特別な装備への参照とともに説明される。その中でバッテリーは、４０組の接続された１２ボルト・バッテリーから成る２つの平行な並び１８および１９を備える。しかし、これは本発明にとって重要ではない。および、本発明が、同様に他のバッテリー構成に応用可能ということは、当業者にとって明らかになる。
【００３２】
図１を参照すると、示されているのは、本発明によるバッテリー管理システムによるハードウェアの回路図である。上記バッテリーは、４０組の接続された１２ボルト・バッテリーから成る２つの平行な並び１８および１９により構成される８０個の１２ボルト・バッテリーを備える。各並び１８および１９は、４つのグループＧ１−Ｇ４およびＧ５−Ｇ８にさらに分かれて、各グループは、１０組の接続された１２ボルト・バッテリーを備える。このバッテリー構成によれば、バス・ノードＡとＢの間の出力電圧は直流４８０ボルトである。リレー４と５は、各４８０ボルトのバッテリーの並び１８と１９の分離を可能にする。
【００３３】
バッテリー管理ユニット１は、各１０個のバッテリーから成るグループと通信して、この説明の目的のため、遠隔管理ユニット１として参照される。各遠隔管理ユニット１は、一般的に導電体の形であるＲＳ４８５通信媒体２に接続される。さらに、一般的にプログラム可能なロジック制御装置である中央制御装置は、通信媒体２に接続されている。
【００３４】
上記システムは１つの主バッテリー充電器２０および１つの予備電力ユニット２１を含み、両方とも既知のタイプで直流バス・ノードＡとＢに接続されている。主バッテリー充電器および予備電力ユニットは、中央制御装置３で制御可能である。
【００３５】
図２を参照すると、遠隔管理ユニット１内のハードウェアの回路図が示されている。各遠隔管理ユニット１は、局所バッテリー充電器７および放電抵抗器１０のいずれかの形の放電器を含み、充電器または放電器のどちらかが、マルチプレクサ・リレー８経由で、対応するバッテリー・グループにおけるバッテリーＢ１からＢ１０までのうちのいずれか１つに、電気的に接続可能である。リレー１７は、バッテリー充電器７または放電抵抗器１０のいずれかを、マルチプレクサ・リレー８の共通入力へ電気的に接続可能である。マルチプレクサ８は、共通入力を、１０個のバッテリーＢ１からＢ１０に対応する１０個の出力のいずれか１つに、順番に電気的に接続可能である。リレー１７およびマルチプレクサ８の両方が、局所マイクロ‐制御装置６により制御される。このように充電器７または放電抵抗気１０は、バッテリーＢ１からＢ１０のいずれか１つの端子に選択して接続可能である。
【００３６】
あるグループの各バッテリーの電圧は、差動増幅器１５ａから１５ｊにより検出できる。２つのさらなる差動増幅器１６ａおよび１６ｂ（電流を決定するために参照抵抗器１６ｃにおける電圧降下を測定する）は、マルチプレクサ・リレー８の共通入力の電圧および電流を測定するのに適応している。アナログ・マルチプレクサ９は、各差動増幅器１５ａから１５ｊ、１６ａおよび１６ｂからの出力を束ねるために使用されて、信号入力をマイクロ‐制御装置６用に変圧する。本実施の形態では、差動増幅器は、０から１６ボルトのオーダーで電圧を測定するように設計されていて、マイクロ‐制御装置６のアナログ入力では０から２．５ボルトに変圧されている。
【００３７】
温度センサ１１は、バッテリー・グループ内のバッテリーＢ１からＢ１０の共通温度を検出する。上記温度センサ１１の信号は、アナログ・アイソレーション増幅器１２経由で、マイクロ‐制御装置６へ接続されている。
【００３８】
マイクロ‐制御装置６は、通信媒体２に接続されたＲＳ４８５インターフェイス１３経由で中央制御装置３と通信可能である。望まれる実施の形態では、中央制御装置３は、媒体２の上の全ての通信を開始する。しかし、代わりの実施の形態では、２つ以上のマイクロ‐制御装置６がお互いに通信することが予想される。
【００３９】
各遠隔管理ユニット１は電力供給モジュール１４を備え、そのモジュール１４は、遠隔管理ユニット１内の構成部品の電力要求に合わせて、複数の電圧出力を提供する。上記構成により、各遠隔管理ユニット１は、各バッテリーＢ１からＢ１０の電圧および各バッテリー・グループの温度を測定する能力を備える。この情報は通信媒体２経由で中央プロセッサ３へ送信する。遠隔管理ユニット１は、グループ内の各バッテリーＢ１からＢ１０のいずれかの局所充電または局所放電も制御できる。この分散データ収集は、直接中央制御装置３で、８０個の独立したバッテリー全ての電圧を検出するために必要な全体の配線を減らす利点を備えている。同様に制御装置３のさらなる入力の費用を減らす利点も備える。
【００４０】
本発明の望まれる実施の形態では、多くの通信処理が予想される。この通信処理は中央制御装置３、および各リモート管理ユニット１のマイクロ‐制御装置６に、バッテリーの充電管理のために必要とされる情報を伝達させることができる。上記通信処理は下記である。
【００４１】
本発明にとって好ましいが、不可欠でないことは、各バッテリー電圧は同時に測定されることである。マルチプレクシングの使用のためにバッテリー・グループ内で不可能であるが、遠隔管理ユニット１は、数十ミリ秒間に、１０個のバッテリー電圧各々を連続的にサンプリングすることが可能であると予想される。各遠隔管理ユニット１が電圧を同時にサンプリングするために同期化されることを確実にするために、「バッテリー電圧をサンプリングせよ。」という命令が、中央制御装置３により通信媒体２上に発行される。遠隔管理ユニット１は、このとき、グループの温度もサンプリングする。
【００４２】
サンプリングされたバッテリーの電圧と温度は、局所マイクロ‐コンピュータ６のメモリ内のデータ表に保存される。データ表はいずれの障害状態をも特定する状態情報も含む。例えばマルチプレクサ・リレー障害、および充電器障害などである。中央制御装置３は、各遠隔管理ユニット１を順番に調査して、各遠隔管理ユニット１が情報データ表を送信するよう要求する。
【００４３】
個々のバッテリー情報へのアクセスによって、中央制御装置３はグループ内での個々のバッテリーの平衡化に関する決定を下す。「平衡化要求」は、１つの遠隔管理ユニット１に発行されて、平衡化の目的のために、上記遠隔管理ユニット１に、あるバッテリーを、局所充電器７または局所放電抵抗器１０に接続させるように指示する。
【００４４】
下記の議論は、ハイブリッド自動車用バッテリーの管理のためのバッテリー管理システムにより使用される仕組みに関係する。予備的な点として、各バッテリー電圧は、１秒に１回の割合でサンプリングされ中央制御装置３に伝達される。また、中央制御装置３は、運用の２つのモードを認識する：夜間の充電制御と使用中制御である。
【００４５】
中央制御装置３は、外部電圧源が自動車に接続されていて、自動車エンジン始動スイッチがオフの位置にあるとき、夜間の充電状態であることを特定する。中央制御装置３は、バッテリーを充電するために、主充電器を線Ａ、Ｂに接続させる。充電電流は、充電器が最大出力に達するまで、または各バッテリー電圧が１４．７ボルトに達するまで徐々に増える。この電圧を超えるとバッテリーが過充電状態になり、供給されたエネルギーのうちいくらかは望まない過充電反応で消費されて、この過充電反応は、他の事柄のうち電極ダメージ、減少した電解液レベルおよび減少したバッテリー寿命となるガス発生を引き起こすことが予想される。
【００４６】
夜間充電過程の間、中央制御装置３は、各バッテリー電圧情報およびグループ温度情報の更新を連続的に受信していて、主充電器の充電電流を動的に制御している。これは各バッテリーの最大電圧が１４．７ボルトより高くならないようにするためである。結果として、主充電器出力は、単に１４．７ボルトの電気自動車（ｆｌｏａｔ）電圧を維持しているまで減少する。この方法は充電器がスイッチオフされるまで継続される。
【００４７】
夜間充電の間、中央制御装置３は、各バッテリーの局所化された平衡化充電または放電も開始する。遠隔管理ユニット１は上記充電または放電を管理する。各バッテリー・グループＧ１からＧ８までの内で、１４．６ボルトを超える最大電圧を持つバッテリーが、放電抵抗器に１分間接続される。上記１分間の終わりに、１４．６ボルトを超える最大電圧を持つ次のバッテリーが放電抵抗器に１分間接続される。これは同じバッテリーでもよくて、同じバッテリーでなくてもよい。上記過程は、各バッテリー・グループＧ１からＧ８内で、グループ内の全てのバッテリーが１４．６ボルト以下になるまで繰り返される。
【００４８】
全てのバッテリー電圧を１４．６ボルト以下に下げた後で、局所充電器７は、１４．５ボルト以下の電圧を持つどのバッテリーの充電も促進するために使用される。最低の電圧を持ったバッテリーが、局所充電器７に接続されて、局所充電器７は１５分の間充電電流を供給する。これはすべてのバッテリー電圧が１４．５ボルトを超えるまで、次の最も低い電圧のバッテリーに繰り返される。
【００４９】
中央制御装置３は、どのバッテリーが、放電抵抗器１０または充電器７に接続されるべきかを示す命令を各マイクロ制御装置６へ発行すると予測される。および中央制御装置は接続時間を測定して、切断命令を発行する。しかし、これらの決定は、局所マイクロ‐制御装置内で行われるということは明らかになる。
【００５０】
また、各１２ボルトバッテリの平衡化は、外部電流供給または予備電力ユニットの助けなしに達成される。局所充電器７は、主バッテリー直流供給からの供給の能力があってもよくて、端子電圧によって示されるような、低充電状態を示すあるバッテリーの充電を促進するためにこれを利用することは予測される。高充電状態を持ったあるバッテリーには、放電抵抗器１０は、充電状態を下げるために使用可能である。
【００５１】
中央制御装置３は、自動車エンジン始動スイッチがオンの位置にあって、外部からの供給が自動車に接続されていないとき、使用状態であることを検出する。上記状態では、中央制御装置３は、予備電力ユニットを使用して、バッテリーの一定の充電状態を維持しようと試みる。過充電または過放電によるバッテリーの大抵の傷みが発生するのは使用中のである。中央制御装置３は、バッテリーの充電状態を一定のレベル、例えば８０％に維持しようと試みる。これはバッテリーに安全マージンを与える。これは電気モーターにおける再発電の充電電流を蓄えるため、または予備電力ユニットからの必要とされる出力の過大評価のためである。（後記）
【００５２】
中央制御装置３は、予備電力ユニットの出力電力の動的制御を備えていて、バッテリーにある需要を満たすために、動的に予備電力ユニットを制御する。予備電力ユニットは、使用中、連続して動作して、予備電力ユニットの出力電力は例えば５分ごとに変化する。予備電力ユニットの出力が、どの５分間でも、どうあるべきかを決定する多くの方法がある。これらは過去のデータ表および／またはファジィ理論モデルを使用することを含む。しかし、適切に働いた１つの方法は、中央制御装置３に、すぐ後に続く５分間の電力消費を記録させて、次の５分間で、予備電力ユニット出力にこの消費したエネルギーを戻させる方法である。この推測の仕組みが既知の充電状態から開始されて、正確に管理されたならば、予備電力ユニットの出力を動的に変化させることだけが必要であるべきである。これはすぐ前の５分間の過大評価や過小評価を補うためである。
【００５３】
もしバッテリーが、夜間充電の間、うまく充電されて、上手に平衡化されて、それ故同様な電力量を備えているとすると、有効なバッテリー・バランスが、いずれの平衡化も実行されることなしに、日中の間中、維持されるべきである。しかし、もし中央制御装置３が、各セル電圧のいずれかが、受け入れられる範囲外であることを検出したならば、中央制御装置は、上記のように、遠隔管理ユニット経由で局所充電または局所放電を開始することが可能である。しかし使用中は、平衡化手段のための電圧レベルの閾値は適切に下げられる。
【００５４】
電気自動車では、ブレーキをかけることまたは惰性運転することは、電気モーターにおいて再発電を発生させる。通常運転の間、例えばいずれの５分間も、若干の量の再発電がある。これは、予備電力ユニット出力を下げることにより、バッテリーに逆供給する再発電からの推測およびエネルギーを補う。しかし、再発電ブレーキが効いている間ブレーキ抵抗器が使用可能なことは重要である。これは直流バス間（すなわち、バッテリー端子ＡとＢ）に現れる過度に高い電圧を防ぐためである。もし直流バス電圧が、ある前もって設定された値を超えると、ブレーキ抵抗器は、ブレーキング中に、スイッチが入る。上記前もって設定された値は、どのバッテリーも電圧超過を避けるため、各バッテリーの電圧に基づいて、中央制御装置３により、動的に変化可能であってもよい。
【００５５】
ブレーキ抵抗器のスイッチを入れることは、予備電力ユニット出力が下げられるべきという１つの指標として使用できる。
【００５６】
それ故、上記の仕組みにより、１つのバッテリー管理システムが存在して、そのシステムはハイブリッド電気自動車のバッテリーを調整して、これは過充電または過放電を避けるためと、充電／放電サイクルを最小化するためである。上記システムは使用中と同様に夜間充電中も、各バッテリーの平衡化を可能にする。上記システムは、よいバッテリー平衡を保ち、効率化して、バッテリー寿命を延ばす。
【００５７】
バッテリー・グループ内の各セルまたは各バッテリーのよい平衡化は、１つのセルまたはバッテリーだけが、グループ全体よりかなり前に、過充電または過放電になる状態を回避する。
【００５８】
上記の説明では既知の同等物を持った特定の要素または整数について言及して、その同等物はあたかも独立して開示されたように含まれる。
【００５９】
本発明のある特定の例は説明したが、改良および変更が、本発明の範囲内で発生することが予想される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
次に、本発明は添付の図への参照と共に説明される。
【図１】本発明によるバッテリー管理システムによるハードウェアの回路図を示す。
【図２】図１のバッテリー管理システムの遠隔管理ユニットの回路図を示す。
【国際公開パンフレット】
2004524793.tif 000003
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2004524793.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月14日(2003.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリー管理ユニットに接続された複数のセルまたはバッテリーの充電状態を管理するバッテリー管理ユニットであって、上記バッテリー管理ユニットは以下を含む：
セルまたはバッテリーの充電状態を測定するための充電状態センサ；
充電状態を測定するために、充電状態センサを、セルまたはバッテリーに選択して接続するためのマルチプレクサ；
セルまたはバッテリーを充電するための充電器；
セルまたはバッテリーから放電するための放電器；
動的にセルまたはバッテリーの充電状態を所定の範囲で維持するために、マルチプレクサ経由で充電状態を測定するために充電状態センサをセルへ選択して接続する、充電状態センサからの充電状態情報を受けるとともに、セルまたはバッテリーに充電器または放電器を選択して接続する制御装置。
【請求項２】
充電状態センサが、各セルまたは各バッテリーの電圧を測定して、各セルまたは各バッテリーの充電状態を決定することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項３】
電圧センサが各セルまたはバッテリーの電圧を測定して、電圧センサの出力が制御装置へマルチプレクスされることを特徴とする請求項２に記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項４】
セルまたはバッテリーの温度を測定するための、および温度情報を制御装置へ提供するための温度センサを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項５】
セルまたはバッテリーの充電状態を好ましい範囲で維持するために、制御装置が、選択されたセルまたはバッテリーを、充電および放電することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項６】
最も低い端子電圧をもち、所定の低電圧閾値以下のセルまたはバッテリーは、すべてのセルが低電圧閾値を超える端子電圧をもつまで、所定の期間充電器に接続されることを特徴とする請求項５に記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項７】
最も高い端子電圧をもち、所定の高電圧閾値を超えるバッテリーまたはセルは、すべてのセルが高電圧閾値以下の端子電圧をもつまで、所定の期間放電器に接続されることを特徴とする該当する請求項のいずれか１つに記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項８】
充電器によりセルまたはバッテリーへ供給される電力を監視するために、またはセルまたはバッテリーへの電力に関する情報を制御装置へ与えるための電力センサを含むことを特徴とする該当する請求項のいずれか１つに記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項９】
充電器または放電器の出力端子を、選択されたセルまたはバッテリーに選択して接続するために、制御装置がリレー・マトリックスを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つ記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項１０】
選択されたセルまたはバッテリーを充電または放電するために、バッテリー情報の中央制御ユニットへの伝送を助けるために、および中央制御ユニットからの命令を受信するために通信ポートを含むことを特徴とする該当する請求項のいずれか１つに記載のバッテリー管理ユニット。
【請求項１１】
バッテリー管理ユニットが各通信経路経由で中央制御ユニットと通信して、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の複数のバッテリー管理ユニット、および中央制御ユニットを備えることを特徴とするバッテリー管理システム。
【請求項１２】
中央制御ユニットからの制御命令に反応して、選択されたバッテリー管理ユニットに連結された複数のセルまたはバッテリーを、同時に充電するための主充電器を含むことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１３】
１つのバッテリー管理ユニットに連結された、選択されたセルまたはバッテリーを充電するために、中央制御ユニットに応答する発電機を含むことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１４】
複数のバッテリー・グループの本質的に同等な充電状態を維持するために、中央制御ユニットは、所定の期間内にいくつかのバッテリー・グループから消費される電力を推定して、選択されたバッテリー管理ユニットに連結されたセルまたはバッテリーへの電力供給を動的に変更することを特徴とする請求項１３に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１５】
中央制御ユニットが、各バッテリー管理ユニットから充電状態情報を受信して、通信媒体上を送信されるバッテリー管理ユニットへの命令経由で、選択されたセルまたはバッテリーの局所充電または局所放電を制御することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載のバッテリー管理システム。
【請求項１６】
指図された範囲内に連結されたセルまたはバッテリーの充電状態を維持するために、各バッテリー管理ユニットが、セルまたはバッテリーの充電および放電を制御することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載のバッテリー管理システム。
【請求項１７】
以下のステップを備えた複数のセルまたはバッテリーの充電状態を平衡化するおよび充電することを特徴とする方法：
主充電器により同時に複数のセルまたはバッテリーを充電すること；および最大端子電圧をもち、高電圧閾値を超えるセルまたはバッテリーを、すべてのセルまたはバッテリーが高電圧閾値以下になるまで、所定の期間放電すること。
【請求項１８】
各セルまたはバッテリーの充電状態が、各セルまたはバッテリーの電圧を測定することにより決定されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
所定の低電圧閾値以下の充電状態をもつセルまたはバッテリーが、選択して充電されることを特徴とする請求項１７または請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
最低電圧をもち、最低電圧閾値レベル以下のセルまたはバッテリーは、すべてのバッテリーまたはセルが最低電圧閾値レベルを超える端子電圧をもつようになるまで、第２の充電器により充電されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
セルまたはバッテリーの温度が所定の閾値を超えないように、セルまたはバッテリーの温度が監視されて、バッテリーの充電または放電が制御されることを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】
複数のバッテリー・グループは、すべてのセルまたはバッテリーが好ましい充電状態の範囲を維持できるように、同時に充電されることを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
複数のバッテリー管理ユニットは、充電状態情報により、各連結されたセルまたはバッテリーの充電状態を監視して、充電状態情報の、セルまたはバッテリーの充電または放電を制御する中央制御装置への供給を監視することを特徴とする請求項１７から２２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２４】
中央制御装置が、上記期間のセルまたはバッテリーの電力使用量に基づいて、発電機出力を選択されたセルまたはバッテリーに選択して接続することを特徴とする請求項２３に記載の方法
【請求項２５】
上記期間のエネルギー消費量を補うために、中央制御装置は、所定の期間内の電力消費を監視して、発電機を選択されたセルまたはバッテリーに接続する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
中央制御ユニットが、セルまたはバッテリーの充電または放電のすべてを制御することを特徴とする請求項２３〜２５のいずれか１つに記載の方法
【請求項２７】
中央制御ユニットが、主充電器または発電機経由で、セルまたはバッテリーのグループの充電を制御して、バッテリー管理ユニットが、各セルまたはバッテリー個々の充電および放電を制御することを特徴とする請求項２３〜２５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２８】
請求項１〜１６のいずれか１つに記載のバッテリー管理ユニットまたはバッテリー管理システムを含むことを特徴とする電気自動車。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の第１の面によれば、バッテリー管理ユニットに接続された複数のセルまたはバッテリーの充電状態を管理するための、１つのバッテリー管理ユニットが提供される。上記バッテリー管理ユニットは以下を含む：
セルまたはバッテリーの充電状態を測定するための充電状態センサ；
充電状態を測定するために、充電状態センサを、セルまたはバッテリーに選択して接続するためのマルチプレクサ；
セルまたはバッテリーを充電するための充電器；
セルまたはバッテリーから放電するための放電器；
動的にセルまたはバッテリーの充電状態を所定の範囲で維持するために、マルチプレクサ経由で充電状態を測定するために充電状態センサをセルへ選択して接続する、充電状態センサからの充電状態情報を受ける、およびセルまたはバッテリーに充電器または放電器を選択して接続する制御装置。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の更なる１つの面によれば、複数のセルまたはバッテリーを充電する、または複数のセルまたはバッテリーの充電状態を平衡化する１つの方法が提供される。上記方法は以下のステップを備える：
ｉ主充電器により、同時に複数のセルまたはバッテリーを充電する；および
ii最も高い端子電圧をもち、高電圧閾値を超えるセルまたはバッテリーは、すべてのセルまたはバッテリーが高電圧閾値以下になるまで、所定の期間放電される。




【国際調査報告】
2004524793.tif 000024
2004524793.tif 000025
2004524793.tif 000026