(57)【要約】  一種のスマートバッテリー、一種の電気エネルギー配分バスシステム、一種のバッテリー充放電方法及び一種の電気エネルギー配分方法である。スマートバッテリー内部はバッテリーの本体部分と制御ユニットを含み、スマートバッテリーは当バッテリーの電圧、電流、抵抗、温度などの各種データを採集することができ、同一編組のバッテリー組の中の他のスマートバッテリー及びバッテリー組制御システムと通信することができる、電気エネルギー配分バス経由で同一編組のスマートバッテリーの間に電気エネルギーの移送を実現することができる、電気エネルギー配分バスに接続するバッテリー組の部分のバッテリー、発電設備と電気負荷の間に電気エネルギーの移送を実現できる。且つ充電時にダイナミックに充電パラメーターを調整できる充電方法及び放電時にバッテリー組の各バッテリーの間に電力移送を実現する放電方法を採用して、全過程で制御できる充放電、即ち主動で均等な充放電を実現する。
2018509872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一種の電気エネルギー配分バスシステムで、その特徴としては、1ペア又は多数ペアの電気エネルギー配分バスを含んで、バッテリー、発電設備及び電気負荷を連結して、バッテリー、発電設備及び電気負荷の間に、制御できる電気エネルギーの移送を実現する。その中には、
バッテリーの数は≧2で、バッテリーの編組方式は直列編組又はまず並列それから直列という直列と並列の混合編組、
発電設備の数は≧0で、電気負荷の数は≧0で、且つ発電設備と電気負荷の数の和は≧1、
電気エネルギー配分バスに連結するバッテリーの数は<バッテリーの合計、
電気エネルギー配分バスの発電設備の定額アウトプット電圧<バッテリー組の定額電圧、
電気エネルギー配分バスに連結する全てのバッテリー、発電設備又は電気負荷には統一に調整するスイッチがあり、又は統一に調整するスイッチを利用して、電気上の電気エネルギー配分バスとの連結と切断を実現する。
【請求項２】
請求項1に記載する電気エネルギー配分バスシステムは、その特徴としては、バッテリーと発電設備の間の電気エネルギー移送モード、即ち「谷埋め」モードを含み、それは発電設備とバッテリー組の中の余った電量が一番低いバッテリー又は指定したバッテリーを一緒に同一な電気エネルギー配分バスに接続して、発電設備からバッテリー組の中の余った電量が一番低いバッテリー又は指定したバッテリーに充電する。
【請求項３】
請求項1に記載する電気エネルギー配分バスシステムは、その特徴としては、バッテリーと電気負荷の間の電気エネルギー移送モード、即ち「峰削り」モードを含み、それはバッテリー組の中の余った電量が一番高いバッテリー又は指定したバッテリーと電気負荷設備を一緒に同一な電気エネルギー配分バスに接続して、バッテリー組の中の余った電量が一番高いバッテリー又は指定したバッテリーから電気負荷へ送電する。
【請求項４】
請求項1に記載する電気エネルギー配分バスシステムは、その特徴としては、発電設備と電気負荷の間の電気エネルギー移送モード、即ち「直接送電」モードを含み、それは発電設備と電気負荷を一緒に同一な電気エネルギー配分バスに接続して、発電設備から電気負荷へ直接に送電する。
【請求項５】
一種のスマートバッテリーで、独立使用するか、直列で編組として使用するか又は直列と並列に混合して編組使用することができ、その特徴としては、バッテリー本体部分、制御ユニット、連結ワイヤ、センサーとアウタシェルを含むが、その中に
記載する制御ユニットは調整制御、情報獲得、統計分析、主動制御及び対外フィードバックする機能があり、記載する制御ユニットはメイン制御モジュール、メモリモジュール、採集モジュール、充電モジュール、電力移送モジュール、通信モジュールとインタラクティブモジュールがある、
上記に記載するメイン制御モジュールはスマートバッテリーの各モジュールが協和に働くように調整し、それに通信インターフェースによって同一バッテリー組の中のその他のバッテリー組の全てのモジュール及びそれに繋がった発電設備／電気負荷と調和に働くように調整し、且つバッテリー組の上級制御システムと通信をして、バッテリー組のデータを報告して、上述バッテリー組の上級制御システムの指令を受けてそれに従って執行する、
上記に記載するメモリモジュールは以下の情報を保存する。上述スマートバッテリーのブランド／型式／生産期日／シリアルナンバー／品質検査ナンバーを含む部分か全部の情報と、上述採集モジュールが採集した充放電時の電圧／電流／抵抗／温度などの充放電データ情報と、通信ポートが受け取った情報と、メイン制御モジュールが保存する情報がある。上述の情報は全部時間記録標識がある。
上述に記載する採集モジュールは上述メイン制御モジュール又は上述通信モジュールが発信した指令を執行して、上述スマートバッテリーの各データを採集するようにし、上述採集モジュールは校正機能があり、同一バッテリー組内の各バッテリーの採集データは同じ標準に従うことを確保する、
上述充電モジュールは上述メイン制御モジュールが発信した充電指令又は上述通信モジュールが受けた充電指令を執行して、それに充電パラメーターに従って上述のバッテリーに対して充電をする、
上述電力移送モジュールは上述メイン制御モジュールが発信した指令又は上述通信モジュールが受けた指令に従って、上述スマートバッテリーのエネルギーで対外へ送電する、
上述通信モジュールは同一バッテリー組のスマートバッテリーの間にデータの転送、バッテリー組とバッテリー組の上級制御システムの間にデータの転送、及び通信バスに接続したその他の発電設備又は電気負荷と上述スマートバッテリーの間にデータの転送をする、
上述制御ユニットはフル時間充電又は時間帯別に充電するモードを採用でき、その中のフル時間充電というのは、充電する全過程は全部制御ユニットにより完成する。時間帯別に充電するモードというのは、伝統的な直列充電と制御ユニット充電がリレーで充電過程を完成する充電方式である、
上述バッテリー本体部分は1つのバッテリー又は1つ以上のバッテリーが並列で組成する、
上述バッテリー本体部分のアノードリードとカソードリードはそれぞれにスマートバッテリーのアウタシェルのアノードターミナルとカソードターミナルと繋がり、それに連結回路には過負荷保護裝置と電流センサーを取り付けてある、
上述制御ユニットのなかの充電機能を果たすアノードとカソードアウトプット側はそれぞれにバッテリー本体部分のアノードリードとカソードリードと繋がり、それに連結回路には電流センサーを取り付けてある。
上述アウタシェルは一体型又はセパレート型も採用し、上述制御ユニット、バッテリー本体部分及びコネクタ、センサーを組み合わせて、アウタシェルにはアノードとカソードターミナル及び温度センサーコネクタ／送電コネクタ／電気エネルギー配分バスコネクタ／散熱コネクタ／校正コネクタ／インタラクティブインターフェースコネクタ／通信コネクタ／プログラムアップグレードコネクタを含む部分か全部のコネクタがあり、上述のコネクタは独立に使用できるし、いくつかのコネクタが一つに整合して一つのコネクタとしても使える。
【請求項６】
一種のバッテリー充電方法であって、その特徴としては、少なくても2枚の請求項5に記載するスマートバッテリーが直連して編組、又は請求項1−4に記載する何れの電気エネルギー配分バスシステムのバッテリー組に対して、その必要に応じて受電モード又は電気エネルギー移送モード又は同時に充電モードと電気エネルギー移送モードで充放電を行う。その中の、
上述必要に応じて充電するというのは、充電する時にバッテリー組の各バッテリーに対して同様か一緒じゃない、且つダイナミックに調整できる充電パラメーターで充電をするとのことである、
上述電気エネルギー移送というのは、充放電時に請求項2−4に記載した「谷埋め」、「峰削り」及び「直接送電」という3つの方法の中の一種か多種を採用して、バッテリー、発電設備及び電気負荷の間に制御できる電気移送を行うとのことである。
【請求項７】
一種の電気エネルギー配分方法で、その特徴としては、請求項1−4に記載する何れの電気エネルギー配分バスシステムを含み、請求項2−4に記載する「谷埋め」、「峰削り」及び「直接送電」という三種の電気エネルギー移送方法の一種か多種を使って、上述電気エネルギー配分バスシステムに接続するバッテリー、発電設備及び電気負荷の間に、制御できる電気エネルギー移送を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバッテリー組の動力システムの電気エネルギー配分技術を提供し、特に一種のスマートバッテリー、一種の電気エネルギー配分バスシステム、一種のバッテリー充放電方法と電気エネルギー配分方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリーの不整合性は従来のバッテリー応用分野で、特にバッテリー組の応用分野での徹底的に解決できない難題である。
【０００３】
バッテリーは普通組として使うものであり、少ない方はいくつか、何十個のバッテリを組として使うか、多いほうが何百個又は千個以上のバッテリーを組として使う。製造プロセスの問題か、材質の不均一性及びエネルギーの保存物質の密度／品質が完全に一緒ではないなどの要因で、不整合性はバッテリー生産環節に避けられない問題となる。バッテリーの使用環節に、バッテリーが組まれた後、各バッテリーが組にある位置が一緒ではないと、バッテリーの充放電する間に形成した熱場の不整合性で各バッテリーの充放電環境温度が異なることを引き起こる。不整合性はバッテリーの使用環節にだんだん拡大するとトラブルとなり、即ち充放電する間に制御できない過充電と充電不足現象が現れて、更に部分のバッテリーが放電する間に過放電する現象がより一層悪化する。バッテリー組の中の各バッテリーの放電程度が一緒ではないと、その中の部分のバッテリーが過放電状態となり、部分のバッテリーはまたエネルギーが余るので、バッテリー組全体の放電量が下げられることとバッテリー組全体のサイクル寿命は放電量が一番多いバッテリーの寿命の減少に連れて下げると、バッテリー組の加速廃棄を引き起こる。部分のまた利用できるバッテリーが全体のバッテリー組の交換で廃棄されて、大きく浪費を齎す。
【０００４】
その他に、過充電が爆発か火災事故を引き起こる可能性もある。
【０００５】
その故、現在のバッテリー組の動力システムにはバッテリー管理システムを配備する必要がある。目前のバッテリー管理システムはバッテリーの不整合性（即ちバッテリー組のバランス）を解消する技術方案は二種あり、その一はエネルギー消耗タイプで、即ちバッテリー組の余ったエネルギーが一番高いバッテリーに対して抵抗を連接して、そのバッテリーの余ったエネルギーを下がる方法である、もう一種はバッテリー間のエネルギー転移タイプで、即ちバッテリーの間にエネルギーの転移を行い、余ったエネルギーが一番高いバッテリーから余ったエネルギーが一番低いバッテリーへ充電する方法である。前者の弊害としてはバッテリーのエネルギーを無駄にされるので、バッテリー組の継続利用時間が下げられることだけではなく、バッテリー組の熱場不均一と予知できない問題がより一層悪化される。後者はDC-DCコンバータが必要なので、コンバータの転換効率もバッテリー組の案外なエネルギー消耗を引き起こる。
【０００６】
各種な発電システムを配備したバッテリー組動力システムに対して、配備設備の使用は基本的に発電設備のアウトプット電圧をバッテリー組電圧に転換する高圧レベルに維持し、更にバッテリー組に対して充電すると、バッテリーの不整合性で各バッテリーに充電したエネルギーも一緒ではなく、更に現有の均等技術でバッテリーに対してバランス調整をすると、エネルギーの無駄となり、特に移動式又はオフライン式なバッテリー組動力システムに対して、エネルギーの浪費は当然にバッテリー組の持続時間を減らさせる。
【０００７】
バッテリー組の不整合性で、バッテリー組を選択して組む時に、出来るだけ同じブランド、同じ規格、同じ生産ロッド、同じ選択標準のバッテリーを利用しなければいけない。それでバッテリー組の選択コストが上がり、バッテリー組の購入コストもより一層高くなる。
【０００８】
近年来、バッテリー組の中のバッテリーを独立に充電する充電裝置が現れたけれども、その応用が大幅範囲に広められてないが、今までの伝統的な直列で充電する技術と本質な区別がある。でもテストによると、上述の独立充電裝置と技術はまたまた不足があり、それは放電環節を制御できないとか、バッテリー組の中の全てのバッテリーが同様な放電程度があるように保証できないとか、充電器はバッテリー組と一定な距離があるので、充電線の規格と数量が相応的に増やさなければいけないとか、大電流電線とデータ採集ラインの敷設（ブロックも含む）が余所な空間、コストと不安全要素などを齎し、長距離なデータ採集ラインもデータ採集の精度を下がることなどがある。
【０００９】
現有の充電方法は普通「フル」を単一目標として、その目標を実現するには、バッテリー間の不整合性問題で、伝統的な直列充電方法は充電か放電する時にバッテリー組の部分バッテリーが過放電か過充電状態となることが多い。単独に各バッテリーに対して独立に充電する充電器を利用してバッテリー組に充電する時に、バッテリー組は過充電の現象がなくても、相変わらず放電過程に部分バッテリーが相対放電量が大きいことで、過放電現象が避けられない。
【００１０】
中国特許文献に公開した特許出願公開番号がCN102214938Aである特許は一種のパソコンに利用された充電バッテリーの充電制御方法を公開した。特許には、充電バッテリーの充電電流を制御するパラメーターの獲得と、上述充電電流の制御パラメーターを利用して充電バッテリーの充電電流を第一充電電流から上述の第一充電電流より小さな第二充電電流に直すことと、充電バッテリーの使用寿命を高めるように上述の第二充電電流を利用して上述の充電バッテリーに対して充電するような技術を含む。
【００１１】
中国特許文献に公開した特許出願公開番号がCN104052136Aである特許は、一種のバッテリー組、充電電路及び充電裝置を公開した。上述バッテリー組はバッテリーブロックと電気メモリがあり、上述バッテリーブロックはバッテリーユニットを含む、上述電気メモリはバッテリー情報を保存する。上述バッテリー情報はバッテリーの規格に応じて設置したバッテリーブロックの下限電圧を含む。上述充電電路は電圧測定ユニットと制御ユニットを含む、上述電圧測定ユニットはバッテリーブロックの端子間電圧を測定するように配置される。上述制御ユニットは上述電圧測定ユニットが測定した端子間の電圧を利用して充電するように配置される。
【００１２】
日本特許文献に公開した特許出願公開番号がJP2008-220110である特許は一種のバッテリー組、充電方法と充電システムを公開した。多数なバッテリーユニットの最大バッテリーユニット電圧と全充電電圧を比較して、最大バッテリーユニット電圧が全充電電圧より大きい場合に、充電電圧指定値が指定した充電電流が減少する。その他に、最大バッテリーユニットの電圧と全充電電圧を比較して、最大バッテリーユニットの電圧が全充電電圧より小さい場合に、充電電圧指定値が指定した充電電流が大きくなる。このような充電電圧指定値が変わった時に、充電する期間にサイクルに充電を制御する方法は、劣化したバッテリーが過充電になることを防止する。
【００１３】
国際特許出願公開番号がWO2013/173195である特許は一種な電動車に利用するバッテリー組の充電システムを公開した。其中は、電気結合でバッテリー組となる充電ステーションを提供し、上述充電ステーションは第一操作モードで最大な充電速率で充電エネルギーをエネルギー保存システムに伝送して、第二操作モードで遅い充電速率で充電電量をエネルギー保存システムに伝送する。一種のデータ集取システム、そのデータ収集システムは指示バッテリー組の充電状態（SOC）のデータ集合と一つ又は多数な希望充電最適化パラメーターを収集する。一種のステーション制御は、上述ステーション制御はデータの集合及び希望した充電最適化パラメーターに応じて、自動的にバッテリー組に利用する充電配置ファイルを組み立てて、制御信号を発効させて、それに上述第二操作モードで充電ステーションを操作して、又は制御信号を発効させて、第一操作モードで充電ステーションを操作する。
【発明の概要】
【００１４】
［技術問題］
上述の現有技術方案は共に徹底的にバッテリーユニットの不整合性で齎した影響を解決できないので、充放電及びバッテリーのバランスを調整する間に過充電か過放電を齎すか、電気エネルギーの浪費か、バッテリー組の持続使用時間を減らすかの問題がある。それにバッテリーのバランス調整する間にと部分バッテリーが充電する過程に、電気エネルギーの転換はバッテリーの充放電サイクルを増やさせ、バッテリー組の全体な寿命を減らさせることになり、その同時にバッテリー組の選択標準も上がったのでバッテリー組の選択コストもアップされることになる。
［技術解決方案］
本発明は一種のスマートバッテリー、一種の電気エネルギー配分バスシステム、一種のバッテリー充放電方法と一種の電気エネルギー配分方法を提供する。本発明の技術方案は現有技術の不足を克服でき、充放電間に各バッテリーに対して単独な制御と全体的なスマート調整を行うことで、根本的にバッテリーの不整合性で引き起こしたバッテリー組の充放電過程での過充電と過放電問題を解決できるようになり、バッテリー組の充電サイクルを減らして、大幅にバッテリーの選択標準を下がり、著しくバッテリー組全体の使用寿命を延長させて、バッテリー組の充放電とバランス調整中の浪費を下がり、バッテリー組の持続利用時間を増やして、バッテリー組の選択購入コストも下げることができる。
【００１５】
本発明は一種のスマートバッテリーを提供し、バッテリー本体部分、制御ユニット、コネクタ、センサーとアウタシェルを含む。伝統バッテリーに対して制御ユニットを配備することでスマートバッテリーを形成し、当バッテリーの各データの採集と充放電の制御を実現する。本発明のスマートバッテリーは独立使用、直列組式使用と直列と並列に混合使用できる。
【００１６】
制御ユニットは主に調整制御、情報獲得、統計分析、主動制御と対外フィードバック、即ち同一バッテリー組内の全てのバッテリーを調整制御して、発電設備と繋がり、と／又は電気負荷と協同的に働くことと、組内の全てのバッテリー、と／又は設備の各種の情報を獲得して、それに獲得した上述の情報に対して統計分析と計算処理をして、更に組内の各バッテリー及び設備間に対して充電パラメーター調整と電気エネルギーの再配分などの制御をし、その同時に外来の指令をフィードバックすることと対外に主動的に情報を報告する機能がある。
【００１７】
更に詳しくすると、調整制御というのは制御ユニットは通信ポート経由でバッテリー組のその他のスマートバッテリーと同一な電気エネルギー配分バスに繋がった送電設備か電気負荷の働きを調整して制御する。それは、全てのスマートバッテリーの時計の同期とバッテリー組の上級制御システムの時計の同期を保持することと、バッテリー組の中のあるスマートバッテリーの制御ユニットをバッテリー全体の制御センターと調整して確定することと、その他のスマートバッテリーのデータ採集と伝送を調整すること、バッテリー組の各バッテリーのデータ採集精度の校正をすることと、全てのバッテリーのデータ採集種類と頻度を制御することと、ユニットプログラムのアップグレードを制御することと、各バッテリーの制御ユニットの自行検査を制御することなどを含む。
【００１８】
情報獲得というのは、制御ユニットのデータ採集機能を利用して当バッテリーの電圧、電流、抵抗、温度、環境温度、運動状態、振動及び加速度データを含む情報を獲得して、制御ユニットの通信機能を利用して同一組のその他のスマートバッテリーの上述情報と時計／自行検査／校正情報の獲得と、電気エネルギー配分バスの電圧／電流データの獲得と、制御ユニットの通信機能を利用して外来のインタラクティブコマンド及び環境温度情報を獲得して、それに上述の全ての情報に対してタイム記録をして保存するとのことである。
【００１９】
統計分析というのは、制御ユニットは獲得した全ての情報に対して統計、分析してバッテリー組の中の各バッテリーの充放電サイクル次数、充放電程度、余った電量、劣化程度を算出して、指令に応じて各バッテリーに適合な充電パラメーターを算出し、電気エネルギー配分バスに繋がった送電及び電気利用情報を計算して、それを利用して電気エネルギー配分バスに繋がった各バッテリー／発電設備／電気負荷の切り替えと切断を制御して、それに上述の全ての情報をタイム記録して保存するとのことである。
【００２０】
主動制御は電力移送機能と充電時の自動的に各バッテリーの充電パラメーターを調整する機能がある。その中の電力移送というのは、同一組のバッテリーの間に電量の移送を行い、各バッテリー間の余った電量の再配分を実現し、又は電気エネルギー配分バスに繋がった送電設備によってバッテリー組の中の部分か全部のバッテリーに対して充電をするとか、又はあるバッテリーから電気エネルギー配分バスに繋がった電気負荷に対して電気を供給する、即ち統計分析の結果によって、電気エネルギー配分バスに繋がった相応なバッテリー／送電設備／電気負荷を切り替えるか切断するかを制御する。自動的に充電パラメーターを調整するというのは、充電する時に異なるニーズに満足するように各バッテリーに対して、フル、制御できる過充電と制御できる充電不足を含む充電方式、と統計分析結果と外来の指令の変化によって充電パラメーターをダイナミックな調整するとのことである。対外のフィードバックというのは、制御ユニットは通信機能によって外来のインタラクティブコマンドを回答したり、又は対外へ主動的に情報を発信したりするとのことである。
【００２１】
制御ユニットはメイン制御モジュール、メモリモジュール、採集モジュール、充電モジュール、電力移送モジュール、通信モジュールとインタラクティブモジュールを含む。
【００２２】
更に、メイン制御モジュールの機能としては、本バッテリーの各モジュールが協同作業するように調整し、それに通信ポートによって、同一組内のその他のスマートバッテリーの全てのモジュールとそれに繋がる発電設備、と／又は電気負荷の作動を調整して、且つバッテリー組の上級制御システムと通信しながら、バッテリー組のデータを発信して、バッテリー組の上級制御システムの指令を受けて執行して、メイン制御モジュールの主な機能は以下のようとなる、
1.メイン制御モジュールはプロセッサとプログラムにより組成され、その主な機能としては、読み取った本バッテリーの充放電データ及び受け取ったバッテリー組の各バッテリーの充放電データとバッテリー組の上級制御システムの指令により、バッテリー組の各バッテリーの充放電サイクル次数、充放電程度、劣化程度及び相対劣化程度を統計して算出して、その後本バッテリーとバッテリー組のその他のバッテリーに適合する充放電パラメーターを算出して、本バッテリーの充電ユニットに発信するか通信ポートによってその他のバッテリーに発信する。受け取ったバッテリー組の各バッテリーのリアルタイムデータ、上級制御システムの指令及びインタラクティブモジュールからの指令により自動的にバッテリー組の各バッテリーの充電パラメーターを調整して、バッテリー組のその他のバッテリーの充電モジュールに発信する。又は同一組内のその他のスマートバッテリーのメイン制御システムが発信した指令及び充電パラメーターを受け取って、当バッテリーの充電モジュールの作動を駆動する。バッテリー組の中の各バッテリーの余った電量データにより、適時に電力移送モジュールを起動して、バッテリー組の各バッテリーの間に電量の移送を実現する。バッテリー組の中の各バッテリーのサイクル次数、充放電程度、劣化程度及び余った電量などのデータに応じて各バッテリーの相対劣化程度を分析して、バッテリー組の上級制御システムに報告する。採集モジュールが採集したデータの種類と採集頻度を制御する。本バッテリー及びその他のバッテリーのメモリモジュールのデータを読み取る。校正を行う時に、同一組内の各採集モジュールの偏移量を直す。プログラムはアップグレードができる。アップグレード方法としては、当バッテリーのプログラムアップグレードインターフェース（例えばUSB又はTFカードなどのメモリ）によってアップグレードするか、通信モジュールよってバッテリー組の上級制御システム経由でアップグレードする方法もある。一つのバッテリーがアップグレードされた後、同一組のその他のスマートバッテリーのメイン制御モジュールのアップグレードを行うことができる。又はバッテリー組のその他のバッテリーのメイン制御モジュールに制御されてプログラムのアップグレードも実現できる。
【００２３】
2.メイン制御モジュールにはアイソレーション回路が配備されてあり、採集モジュールと充電モジュールを隔離することに利用される。
【００２４】
3.メイン制御システムは時計があり、当時計はその他のスマートバッテリー及びバッテリー組の上級制御システムと通信する間に、リアルタイムに校正することができ、バッテリー組とバッテリー組の上級制御システムの時計との一致性を確保する。
【００２５】
4.メイン制御モジュールにはジャイロチップがあり、バッテリーの目前の加速度などの運動状態を感知でき、又はバッテリー組の上級制御システムと通信することで、バッテリー組の速度及び加速度などの運動状態を獲得する。
【００２６】
5.メイン制御モジュールには環境温度採集機能があり、当モジュールに又はバッテリー外面に取り付けた温度センサーにより環境温度を採集して、又はバッテリー組の上級制御システムと通信することで環境温度データを獲得する。
【００２７】
6.メイン制御モジュールには自動検査機能があり、それに自動検査結果をバッテリー組の上級制御システムに報告する。
【００２８】
7.メイン制御モジュールには加熱／温度を下がるインターフェースがあり、バッテリー組の制御システム又は付加した加熱／温度を下がる設備に加熱／温度を下がる信号を発信して、スマートバッテリー外部に取り付けた加熱／温度を下がる設備を制御してバッテリー組の全部か部分のバッテリーに対して加熱／温度を下がる操作を行い、全てのバッテリーの働き環境を適宜な温度に保持させる。
【００２９】
8.スマートバッテリーが組となって使う時に、自動的にあるスマートバッテリーのメイン制御モジュールを指定してバッテリー組全体のメイン制御モジュールとし、バッテリー組の全てのモジュールの作動を調整する。一つの最適化方案の中では、バッテリー組には一つだけのスマートバッテリーにメイン制御モジュールを配備すると、コストダウンできる。
【００３０】
更に、メモリモジュールの機能としては以下の情報を保存することにある。それは本バッテリーのブランド／型式／生産期日／シリアルナンバー／品質検査ナンバーを含む部分か全部の情報と、本バッテリーの採集モジュールが採集した充放電時の電圧／電流／抵抗／温度などの充放電データ情報と、通信ポートが受け取った情報と、メイン制御モジュールが保存する情報がある。便宜に調べられるように、上述の情報は全部時間記録標識がある。
【００３１】
更に、採集モジュールの機能としては、メイン制御モジュール又は通信モジュールからの指令を執行して、規定した採集頻度及び採集種類に従って、読み取れるように本バッテリーの電圧／電流／抵抗／温度などのデータを採集して時間記録をしてからメモリモジュールに保存する。採集モジュールは校正機能があり、校正インターフェースによって、採集モジュールが採集したデータの正確性を校正して、採集偏移量を直して、同一組内の各バッテリーの採集データの採集標準が一緒であることを確保する。
【００３２】
更に、充電モジュールの機能としては、メイン制御モジュールが直接に発信した又は通信モジュールが受け取った充電指令を執行して、その要求した充電パラメーターによって当バッテリーに対して充電をする。それに、受け取ったリアルタイム充電パラメーターに応じて充電パラメーターを調整することができる。充電モジュールはメイン制御モジュールに制御されて、電気エネルギー配分バスシステムに繋がったその他のバッテリー又は発電／送電設備と協力して、その電気エネルギーを受けて当バッテリーに対して充電する。充電モジュールのインプット側とアウトプット側は電気アイソレーションがあるので、同一発電設備で同時に電位関係のあるバッテリー組の部分か全部のバッテリーに対して充電できる。充電モジュールはパワーの異なりにより相応な散熱裝置を採用でき、例えば自然冷却／ファン冷却／液体冷却などを選択できる。充電線路には過負荷保護裝置が配備されてある。充電モジュールはアウタシェルに取り付けた送電インターフェース経由で送電電源と繋がる。
【００３３】
スマートバッテリーを生産する時に、バッテリーの容量に応じてフル時間充電か時間帯別に充電するモードを採用できる。それによって充電モジュールの重量、体積とコストをコントロールできる。それで、制御ユニットの充電モードもフル時間充電又は時間帯別に充電するモードを採用でき、フル時間充電というのは、充電する全過程は全部制御ユニットにより完成する。時間帯別に充電するモードというのは、伝統的な直列充電と制御ユニット充電がリレーで充電過程を完成する充電方式である。
【００３４】
フル時間充電モードで、充電モードのパワーは当バッテリーの最大受電パワーニーズに満足でき、全過程で充電モジュールによりバッテリーに対して充電する。大容量なスマートバッテリーには、フルパワーな充電モードを配備すると、充電モジュールのパワーと散熱要求で充電モジュールの重量、体積及びコストなどが上る可能性がある。
【００３５】
時間帯別に充電するモードには、充電モジュールのパワーを下げて、例えばフルパワーの1／3まで下がると、充電モジュールの重量、体積とコストを下がることができる。充電の初め頃は伝統的な直列充電方式でバッテリー組に対してフルパワー充電をし、その間に各バッテリーの状態を監視して、バッテリー内の電量の増加に連れて、充電パワーは逐次に充電モジュールのパワー範囲内まで下がり、又はあるバッテリーの充電パラメーターは当バッテリーの充電パラメーターの閾値に近づく時に、もしあるバッテリーの充電電圧がメイン制御モジュールが算出した当バッテリーが採用すべき充電電圧に近づく時に、外部の大きいパワーの直列充電を停止して、当バッテリーの充電モジュールに切り替えて充電をする。当時間帯別に充電するモードは制御ユニットがバッテリーのキー充電パラメーター（例えば転換電圧電流／浮動充電電圧電流など）に対するコントロールを失うことがない、充電効果が完全に制御でき、それに重量、体積とコストも下がれる。
【００３６】
更に、電力移送モジュールの機能としては、メイン制御モジュールの制御で又は通信モジュールが受け取った指令の制御で、本バッテリーの電気エネルギーで対外に送電して、例えばその他のバッテリーに対して充電するとか、又はその他の電気負荷に対して送電するとか、それに対外に送電するパワーと時間は全部コントロールでき、当バッテリーの電気エネルギーでその他のバッテリーに対して充電をして、電力移送モジュール内には制御できる切り替えスイッチとアイソレーションエレメントがあり、例えばアイソレーショントランス又はその他のインプット側とアウトプット側が非直接にコンタクトする電気エネルギー転換／移送エレメントがある。
【００３７】
ここで、簡単にメイン制御モジュール、充電モジュール及び電力移送モジュールが電気エネルギー（電量）の移送を実現する仕様を紹介する。メイン制御モジュールは必要に応じて、バッテリー組の中のあるバッテリーの電気エネルギーをその他のバッテリーに移送し、即ちバッテリー組の中の一つのバッテリーからもう一つのバッテリーへ充電する、というのは、同一バッテリー組の中に、バッテリー組は直列充電／スタンバイ／放電の何れの状態にあっても、電位関係のある二つのバッテリーの間に電気エネルギーの移送を実現できる、又は発電設備を利用して、全部又は部分的なバッテリーに対して充電をし、又はあるバッテリーを利用して対外に単独送電もできる。電気エネルギーを移送する具体的な過程は当取扱説明書の電気エネルギー配分バスシステムの技術方案の部分に詳しく紹介する。
【００３８】
更に、通信モジュールの機能としては同一組のスマートバッテリーの間にデータのトランスミッションと、バッテリー組とバッテリー組の上級制御システムの間にデータのトランスミッションと、通信バスに接続するその他の発電設備又は電気負荷とスマートバッテリーの間にデータのトランスミッションを行うことである。同じ組のバッテリー間には電位関係が存在するため、通信モジュールとその他のモジュールの間に電気アイソレーションを設置する必要があり、通信モジュールは標準的な有線と無線な双方向通信方式をサポートできる。それに応用環境の異なりにより違う標準を選択でき、例えばWIFI/ブルトゥース/RS485/CANなどがあり、通信モジュールはアウタシェルに取り付けた通信インターフェースによって同一組のその他のスマートバッテリー組、バッテリー組の上級制御システム、発電設備又は電気負荷と繋がる。
【００３９】
制御ユニットの通信モジュールによって同一組の全てのスマートバッテリー及びバッテリー組の上級制御システムと双方向通信を行ってデータのトランスミッションを実現できる。それに、組まれた後のバッテリー間の電気エネルギーの移送もでき、充電する時にダイナミックに充電パラメーターを調整できる充電方法を採用し、放電する時にバッテリー間に電気エネルギーを移送できる放電方法を採用することで、充電時に過充電にならない、放電時に過放電にならない均等放電を実現できる。それに発電設備が電気エネルギー配分バスシステムに繋がる時に、部分か全部のバッテリーに対して補充電を行うことと、バッテリー組の放電量を増やすことができる。
【００４０】
更に、インタラクティブモジュールの機能としては、スマートバッテリーの状態／パラメーターなどをディスプレー／設置することで、それに相応なインプットボタンもあり、ディスプレー＋ボタンの方式を採用できるし、インプット機能のあるコンタクトパネルも採用できる。インタラクティブモジュールはバッテリーの応用環境、消耗及びコストに応じて適合な配置方式を採用でき、ひいてはインタラクティブモジュールを廃止することもできる。
【００４１】
上述メイン制御／メモリ／採集／充電／電力移送／通信／インタラクティブなどのモジュールは多数なサーキットボードに分離して設置できるし、一つのサーキットボードに集合して設置することもできる。各モジュールは実際の使用ニーズに応じて適当に増減してコストダウンするようにできる。最低配置のスマートバッテリーはただ一つの受電モジュールを含むが、その時にスマートバッテリーの充電パラメーターは前もって設置したそのバッテリー本体に相応しい充電パラメーターである。
【００４２】
制御ユニットの送電は、バッテリー本体部分の送電と、補助電源の送電（別の充電できるバッテリー）又は外部の送電、補助電源に含むバッテリーはスマートバッテリーが充電する同時に充電することができ、外部から送電する時に、充電モジュールと送電電源を共用できる。
【００４３】
スマートバッテリーのバッテリー本体部分は一つのバッテリー、一つのセル、又は多数なセルにより組成したバッテリーパッケージであり、即ち1つのバッテリー又は1つ以上のバッテリーが並列して組成する。バッテリーの本体部分はリチウム電池である時に、制御ユニットはリチウム電池内部の保護回路を代わりにでき、コストダウンを実現し、測定の正確性を高めるようにバッテリーの本体部分は温度センサーの取り付け位置を空く必要がある。
【００４４】
更に、スマートバッテリー内部のコネクタとセンサー、バッテリー本体部分のアノードリードとカソードリードはそれぞれにスマートバッテリーのアウタシェルのアノードターミナルとカソードターミナルと繋がり、連結線路にはヒューズのような過負荷保護裝置と分流器のような電流センサーが取り付けてあり、過負荷保護裝置はバッテリーがトラブルとなる時に又は交通事故などの緊急時にバッテリーの短絡で二次事故の発生を避けられ、過負荷保護裝置と電流センサーの規格としては、バッテリーの最大充放電電流の要求に満足できて少し余裕があればいい。制御ユニットの中の充電機能を果たすアノードとカソードアウトプット側は、例えば充電モジュールのアノードとカソードアウトプット側、と電気エネルギー移送機能を果たすインプット側は、例えば電気エネルギー移送モジュールのインプット側はそれぞれにバッテリー本体部分のアノードリードとカソードリードと繋がり、充電電流を採集するために連結回路には分流器のような電流センサーを取り付けてある。
【００４５】
更に、スマートバッテリーのアウタシェルは一体型を採用できるし、セパレート型も採用できる、制御ユニット、バッテリー本体部分及びコネクタ、センサーを組み合わせて、アウタシェルにはアノードとカソードターミナル及び若干なコネクタを設置してあり、部分か全部の温度センサーコネクタ／送電コネクタ／電気エネルギー配分バスコネクタ／散熱コネクタ／校正コネクタ／インタラクティブインターフェースコネクタ／通信コネクタ／プログラムアップグレードコネクタを含む。上述のコネクタは独立に使用できるし、いくつかのコネクタが一つに整合して一つのコネクタとして使えるし、全てのコネクタ、制御ユニットとバッテリー本体部分の間にIP65のような適当な保護グレードが取ってあるので、バッテリー本体部分はリードアシッドバッテリーを採用する時に、アウタシェルには通気ホールとブリーズバルブを設置して、アウタシェル又は制御ユニットのアウタシェルに対して遮断処理をすることができる。
【００４６】
実施例には、制御ユニットの全てのサーキットボードはバッテリーの応用環境に応じて低パワー消耗設計及び相合な防護処理されてある。
【００４７】
実施例には、制御ユニットとバッテリー本体部分は取り分けできるタイプにデザインすると、修理、交換とサイクル利用も実現できる。
【００４８】
スマートバッテリー内部の制御ユニットの各モジュール、コネクタ、バッテリー本体部分、センサー及びスマートバッテリーターミナルの間の全てのコネクタワイヤは全部しっかりと付けてあり、それにコネクタワイヤの規格はパワーに満足するだけではなく、少し余裕があるように設計され、部分のコネクタワイヤに対して遮断処理されてある。
【００４９】
本発明は一種の電気エネルギー配分バスシステム（以下は「バス」と略称する）も提供する。上述バスはバッテリー組動力システムの電気エネルギー配分に利用されて、一ペアか多数ペアの電気エネルギー配分バスを含む。それは一つか多数のスマートバッテリー、一つか多数の発電か送電設備、一つか多数の電気負荷を繋がって、オフラインかオンラン状態で、バッテリー、発電設備及び電気負荷の間に、制御できる電気エネルギーの移送を実現できるようにし、即ちバッテリーと設備の間に又は設備と設備の間に制御できる電気エネルギーの移送を実現する、その中には：
バッテリーと設備間の電気エネルギー移送は「谷埋め」及び「峰削り」という二種類の移送モードがある。
【００５０】
「谷埋め」モードというのは、バッテリーは発電設備又は送電設備の間の電気エネルギー移送であり、発電設備又は送電設備をバッテリー組に電量が一番少ないバッテリー又は指定したバッテリーを同時に同一バスに繋がって、即ち発電設備又は送電設備を利用してバッテリー組に電量が一番少ないバッテリー又は指定したバッテリーに充電することで、バッテリー組の均等を取れるだけではなく、その同時に発電設備が提供した電気エネルギーをバッテリー組に供給して、バッテリー組の余った電量を増やすと同時に、伝統的な直列充電方式で齎したバッテリー不整合性の拡大を避けるようにする。
【００５１】
「峰削り」モードとうのは、バッテリーと電気負荷設備の間の電気エネルギー移送であり、バッテリー組に電量が一番多いバッテリー又は指定したバッテリーを同時に同一バスに繋がって、即ちバッテリー組の電量が一番多いバッテリー又は指定したバッテリーから電気負荷へ送電して、バッテリー組の均等を取ると同時に、電気負荷の電気利用ニーズも満足できる。設備と設備の間の電気エネルギー移送は即ち「直接送電」モードであり、発電設備又は送電設備と電気負荷設備を同時に同一バスに繋がって、即ち発電設備又は送電設備から電気負荷へ直接に送電することで、発電設備からバッテリー組への充電と、それからバッテリー組の高圧から低圧への転換と、それから電気負荷設備へ送電するという煩わしいプロセスを避けるようにし、電気エネルギーと化学エネルギー転換中のエネルギー損耗と、電気エネルギーの高圧と低圧の転換と、バッテリーの充放電のサイクル次数などを避けて、バッテリー組の使用寿命を延長して、バッテリー組の持続利用時間を伸ばす。
【００５２】
上述の峰削り、谷埋め及び直接送電という三種の電気エネルギー配分モードは同一バッテリー組の動力システムに混合して利用できるが、電気エネルギー配分の効率を高めるように同一バッテリー組の動力システムにも多組な電気エネルギー配分バスも採用できる。
【００５３】
更に、電気エネルギー配分バスはスマートバッテリーを採用できるし、普通の電池も採用できる、即ちバッテリー組の動力システムにはバッテリー情報の採集システムを配備されてあり、各バッテリーの電圧、電流、温度などの情報を採集できる条件を満足すれば、その中のスマートバッテリーは普通のバッテリーで代わりにできる。
【００５４】
更に、DC-DC、AC-DCなどの電源コンバータのインプット側を一つの電気負荷設備と認めると、電気エネルギーを消耗する特徴が具備すると言える。そのアウトプット側は一つの発電設備又は送電設備を認めると、対外に送電する特徴が具備すると言える。
【００５５】
更に、上述の電気エネルギー配分バスシステムの中に、バッテリーの数量は1つか1つ以上があり、発電設備又は送電設備の個数は0個、1つ又は1つ以上があり、電気負荷の数量は0個、1つ又は1つ以上がある。
【００５６】
更に、電気エネルギー配分バスシステムの1ペアか多数ペアのワイヤは、全てのバスに繋がったスマートバッテリー又は設備の送電コネクタ（例えば前述のスマートバッテリーの電気エネルギー移送モジュール）又は受電コネクタ（例えば前述のスマートバッテリーの受電モジュール）に連結する。
【００５７】
更に、バスに繋がったスマートバッテリーは少なくてもバスに送電する機能とバスの電気エネルギーを利用して充電する機能の1つを含む。バッテリー組の動力システムが各バッテリーの電圧電流と温度などのデータを採集できれば、スマートバッテリーは普通のバッテリーで代わりにできる。
【００５８】
更に、発電又は送電設備はバスに送電する機能がある。
【００５９】
更に、電気負荷はバスの電気エネルギーを利用してその特定な目標を実現する機能がある。
【００６０】
更に、上述の電気エネルギー配分バスシステムに繋がった全てのバッテリー、発電設備又は電気負荷自身は統一的に調整制御するスイッチが設置されたあり、バスに繋がるかバスから切断する機能を実現する。又はスマートバッテリー、発電設備又は電気負荷自身は上述なスイッチがないが、そのバスに繋がった線路には統一に調整制御するスイッチがあり、バスに繋がるかバスから切断する機能を実現する。
【００６１】
更に、バスに繋がった各設備はバスに繋がったか又はバスから切断したかどうかを制御する制御システムは単独なバス制御システムであってもいいし、又はバスに繋がったスマートバッテリー／発電設備／電気負荷に何れに設置された制御システムにより調整制御することもできる。
【００６２】
更に、バスに繋がったバッテリー又は設備の数量が多い時に、電気エネルギー配分バスの組数を増やすことで電量の移送効率を高めることができる。多組の電気エネルギー配分バスを配備すると、異なる電気エネルギー配分バスに繋がえるように、バスに繋がったバッテリー／設備内に相対的に多いな切り替えスイッチを配備する必要がある。
【００６３】
実施例の中で、「谷埋め」モードは電気エネルギー配分バスシステムの基本的な電気エネルギー移送モードの一つとして、即ち発電設備を利用して電気エネルギー配分バス経由でバッテリー組に電量の一番少ないバッテリーへ充電する。発電設備は電気エネルギーを提供できる時に、例えばメイン制御モジュールは2#バッテリーの電量が一番低いと判断すると、発電設備から2#バッテリーへ充電すると決定し、メイン制御システムは通信バスによって各バッテリー及び設備は電気エネルギー配分バスに繋がるかどうかを制御する。メイン制御モジュールは2#バッテリーの充電モジュールの電力移送と充電スイッチを入れるように制御し、それから発電設備の電気エネルギー配分バスのスイッチを入れるように制御し、且つその他の全てのバッテリー及び設備のバスと繋がるスイッチを切断状態と保持するように制御する。その時に、発電設備は電気エネルギー配分バスへ送電し、2#バッテリーは電気エネルギー配分バスからの電気エネルギーを受けて、電気エネルギー配分バス内の電気流動方向としては発電設備から流し出して2#バッテリーに流入して、それで発電設備からバッテリー組の中の電量が一番低いバッテリーへ充電するという電気エネルギー移送を実現する――即ち「谷埋め」モード。発電設備からバッテリー組へ充電すると同時に、バッテリー組の均等を取るようにする。
【００６４】
実施例の中で、「峰削り」モードは二番目の電気エネルギー配分バスシステムの基本的な電気エネルギー移送モードとして、即ち電気エネルギー配分バスによってバッテリー組の中の電量が一番多いバッテリーから電気負荷へ送電する。電気負荷を起動する必要がある時に、例えばメイン制御モジュールが4#バッテリーの電量が一番多いと判断すると、4#バッテリーから電気負荷へ送電すると決定し、メイン制御モジュールは通信バスにより各バッテリー及び設備が電気エネルギー配分バスに繋がったかどうかを制御する。メイン制御モジュールは電気負荷が電気エネルギー配分バスに繋がるスイッチが入れるようにと制御し、それから4#バッテリーの電力移送モジュールの電力移送送電スイッチが入れるように制御し、且つその他の全てのバッテリー及び設備のバスと繋がるスイッチを切断状態と保持するように制御する。その時に、4#バッテリーは電気エネルギー配分バスへ送電し、電気負荷は電気エネルギー配分バスからの電気エネルギーを受けて、電気エネルギー配分バス内の電気流動方向としては4#バッテリーから流し出して、電気負荷に流入して、それでバッテリー組の余った電量が一番多いバッテリーから電気負荷への送電するという電気エネルギー移送を実現する――即ち「谷削り」モード。バッテリー組のバランスを取れたと同時に、電気負荷へ送電する問題も解決でき、その同時に、伝統方式でのバッテリー組の高圧アウトプットをDC−DCコンバータによって低圧電気に転換して電気負荷へ送電する電気エネルギーの損耗を避けられるようになる。
【００６５】
実施例の中で、「直接送電」モードは三番目の電気エネルギー配分バスシステムの基本的な電気エネルギー移送モードとして、即ち発電設備から直接に電気負荷へ送電する。電気負荷を起動する必要がある時に、それにその時に発電設備は対外へ送電できるとすれば、且つ例えばその時に各バッテリーの余った電量の差分は「谷埋め」と「峰削り」の起動デフォルト値より低くとすれば、メイン制御モジュールは発電設備から電気負荷へ送電すると決定し、メイン制御モジュールは通信バスによって電気負荷が電気エネルギー配分バスに繋がるスイッチを入れるようにと制御して、それから発電設備が電気エネルギー配分バスに繋がるスイッチが入れるようにと制御して、且つその他の全てのバッテリーがバスと繋がるスイッチを切断状態と保持するように制御する。その時に、発電設備から電気エネルギー配分バスへ送電して、電気負荷は電気エネルギー配分バスからの電気エネルギーを受けて、電気配分バス内の電気流動方向としては発電設備いから流し出して、電気負荷へ流入して、それで発電設備から電気負荷へ送電する電気エネルギー移送を実現するーー即ち「直接送電」モード。現有の発電設備はまずバッテリーに対して充電をして、電気エネルギーを化学エネルギーに転換して、それからバッテリー組の高圧アウトプットを利用してDC-DCコンバータで低圧に転換してから電気負荷へ送電するという現有の技術と比べて、「直接送電」モードは2次の電気エネルギーと化学エネルギーへの転換で齎したエネルギー損失と高圧低圧の転換で齎した損失と、バッテリーのサイクル寿命の消耗を避けられて、DC-DCコンバータのコスト／重量／体積も節約できると同時に、システムの信頼性も高められて、バッテリーの寿命も伸ばして、バッテリー組の持続利用時間も増やすことができる。
【００６６】
本発明のスマートバッテリー及び電気エネルギー配分バスシステムは何れのバッテリー組を利用する環境に応用できる。電動バイク、電動自動車、電動工程車、艦船と潜水艦、列車のバッテリーエネルギー蓄積システム、機関室の後備電源システム、通信電源の後備バッテリー組、野外移動通信基地局のバッテリー組、野外移動通信基地局のバッテリー組、太陽光発電及び風力発電を含む各種バッテリー組のエネルギー蓄積システム、航空と宇宙飛行のバッテリー組システム、艦船と潜水艦のバッテリー組システムなどの分野に利用できるが、それだけに限らない。
【００６７】
エネルギー蓄積バッテリーの積極的な意義としては、バッテリー組が組まれた後の充電過程の不整合性問題を解決することにあるが、それに電気エネルギー配分バスシステムと配合でき、バッテリー組の自動でバランスよく充電と、主動でバランスよく放電機能、ひいては単独的に電気負荷へ送電する機能も実現できる。
【００６８】
電気エネルギー配分バスシステムは徹底的にバッテリー組の動力システムに存在するバッテリーの不整合性問題で引き起こした充放電過程でバッテリーの過充電と過放電問題を解決できて、バッテリー組の充放電サイクルを減らして、バッテリー組が充放電及びバランス調整過程での電気エネルギーの浪費を減少することで、バッテリー組の選定購入コストを下がり、著しくバッテリー組の全体的なサイクル寿命を延長して、バッテリー組の持続使用時間を増やすという意義がある。
【００６９】
本発明は一種のバッテリー充放電方法を提供し、本発明のスマートバッテリーに対して充放電をする内容も含む。本発明は一種のバッテリー充放電方法も公開し、本発明の電気エネルギー配分バスシステムによって本発明のスマートバッテリー組に対して充放電を行う内容も含む。
【００７０】
実施例の中で、少なくても2つのスマートバッテリー組、又は同時に本発明の電気エネルギー配分バスのバッテリー組を取り付けてありシステムに対して充放電を行い、それにニーズに応じて電量の移送をする。
【００７１】
実施例の中で、バッテリー組にある各バッテリーに対して、一緒又は不同な、且つダイナミックに調整できる充電パラメーターで充電を行う。
【００７２】
実施例の中で、「谷埋め」、「峰削り」及び「直接送電」という三種の方式でバッテリー、発電設備及び電気負荷の間に制御できる電気エネルギー移送を実現する。
【００７３】
本発明のバッテリー充放電方法で前述のスマートバッテリー組のバッテリー組に対して充放電を行う時に、時間記録のあるリアルタイムデータの支えることで、完全な制御できる充電を実現できる。電力移送モジュールの電力移送機能に支えることで、完全な制御できる放電も実現でき、充放電は以下のような数種典型的な方式の一つ又は幾つの方式の組み合わせで使うことができる。
【００７４】
1.フルまで充電：充電する時に全てのバッテリーをフルまで充電するというのは、バッテリーの推薦充電曲線に応じて充電するか、又はバッテリーの充電電流／電圧／温度／昇温などのデータを監視しながら、バッテリーの循環寿命を影響しない限り、即ち過充電しない前提として、バッテリー組にある各バッテリーを最大電量まで充電するということである。
【００７５】
2.過充電：バッテリー組の制御システムから極端な指令を受けた場合に、もしバッテリー組のサイクル寿命を犠牲にすることを対価としてバッテリー組の最も多くな放電量を取れるように、バッテリーの充電電流／電圧／温度／昇温などのデータを安全な範囲内に監視しながら、全部か部分のバッテリーに対して過充電を行い、バッテリー組が出来るだけ多く放電できるように最も多いな電量を充電する。例えば冬場の低温環境でユーザーのニーズを満足するために充電すること。
【００７６】
3.低損耗の充電：電気エネルギー転換率を高めるための充電としては、その他のモジュールの作動頻度を下がったり、休眠させたり、ひいてはクローズしたりして、それに充電過程での充電モジュールの電気損耗を減らすように充電パラメーターを調整して、貴重なエネルギーを出来るだけバッテリーに充電する。移動電源を利用してバッテリー組に充電すればこういう方法を採用したほうがいい。
【００７７】
4.均等充電：各バッテリーをフルまで充電することを目標にしない。バッテリー組が放電終了時に全て又は部分なバッテリーが同様な放電程度があるように、バッテリー組の中の前回で放電程度が一番大きなバッテリーをフルまで充電して、それにそのバッテリーに対する充電量、余った電量及び同一組の中の各バッテリーの歴史放電データ（その他の各バッテリーが放電終了時までの放電終了電圧／余った電量などのデータ）を参照として、ダイナミックに各バッテリーに相応する充電パラメーター（定流、限流、低圧などの段階の電圧電流パラメーターを含む）を調整して、精確に各バッテリーに充電する電量を制御するという方法を採用する。バッテリー組に電力移送モジュールを配備しない場合に、こういう充電方法を採用できる。
【００７８】
5.電気エネルギー移送：バッテリー組の中の各バッテリーの余った電量が一緒ではない場合に、適時に電気エネルギー移送モジュールを起動して、余った電量が一番多いバッテリーから余った電量が一番少ないバッテリーへ充電させて、電量は余った電量が一番多いバッテリーから余った電量が一番小さいバッテリーまでの移送を実現する、即ち峰削りと谷埋め、又は目標的に電力移送を行い、自動的にバッテリー組の全部か部分バッテリーの余った電量を一緒になるように調整して、均等的な放電を実現する。又は電気エネルギー配分バスシステムに繋がった送電／発電設備の働きを制御して、余った電量が一番少ないバッテリーに対して充電するようにし、又は同時に指定した若干なバッテリーに対して充電することで、電量の制御できる移送を実現する。バッテリー組がスタンバイか放電ひいては直列で充電する時に電気エネルギーの移送を行うことができる。
【００７９】
本発明は一種の電気エネルギー配分方法も提供する。それは本発明の電気エネルギー配分バスシステムを含む。上述の「谷埋め」、「峰削り」及び「直接送電」という3つの電気エネルギー移送方法の一種か多種を使って、上述の電気エネルギー配分バスシステムの中のバッテリー、発電設備及び電気負荷の間に、制御できる電気移送を実現する。
【発明の効果】
【００８０】
本発明が提供したスマートバッテリー、電気エネルギー配分バスシステム、バッテリー充放電方法及び電気エネルギーの配分方法が齎した有益な効果としては、本スマートバッテリー編組のバッテリー組を使う場合に、システム中の配線数量とワイヤ規格を下がり、データの採集精度を高めて、バッテリー組に余った電量の計算正確度を高めて、正確にバッテリー組の中の各バッテリーの健康度を予報して、バッテリー組のメンテナンスに正確な予報データを提示できるため、バッテリー組の信頼性と安全性を上がって、バッテリー組の使用コストを減らすようにする。
【００８１】
充放電過程はずっと制御できて、必要に応じて各バッテリーの余った電量を配分できて、徹底的にバッテリーの不整合性で齎した充放電過程での部分バッテリーの過充電と過放電問題を解決して、バッテリー組の中の全てのバッテリーか指定した部分のバッテリーが同様な放電程度を保つようにして、バッテリー組の充放電サイクルを減らして、大幅にバッテリーの選定標準を下がって、著しくバッテリー組の全体なサイクル寿命を延ばして、バッテリー組の充放電とバランス取り過程でのエネルギーの浪費を減少でき、バッテリー組の持続利用時間を伸ばして、バッテリー組の購入コストを下がるようにする。
DC-DCコンバータをなくして、コストダウン、重量と体積を節約できて、それに高圧線路を減らすことで、システムの信頼性と安全性を高めるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】スマートバッテリーの結構見取り図。
【図２】スマートバッテリー電力移送モジュールと充電モジュールの見取り図一。
【図３】スマートバッテリーの電力移送モジュールと充電モジュールの見取り図二。
【図４】スマートバッテリーが電力移送モジュール経由で対外へ送電する見取り図。
【図５】スマートバッテリーの充電モジュールが電気エネルギー配分バスからの電気エネルギーを受けることに関する電気エネルギー充電見取り図。
【図６】電気エネルギー配分バスシステムの基本的な電気エネルギー移送モード一の「谷埋め」モードの見取り図。
【図７】電気エネルギー配分バスシステムの基本的な電気エネルギー移送モード二の「峰削り」モードの見取り図。
【図８】電気エネルギー配分バスシステムの基本的な電気エネルギー移送モード三の「直接送電」モードの見取り図。
【図９】低いスペックのスマートバッテリー組の見取り図。
【図１０】電動バイクのバッテリー組の基本組成部分の見取り図。
【図１１】電気エネルギー配分バスシステムが電動車での応用例一の見取り図。
【図１２】電気エネルギー配分バスシステムが電動車での応用例二の見取り図。
【００８３】
［本発明の実施方式］
図10−図12を参照して、電気エネルギー配分バスシステムが電動車上の応用を紹介する。
【００８４】
図10に示すのは、電動車のバッテリー組の基本組成部分であり、本発明の図１−図５に示したスマートバッテリーをバッテリーモジュール1001と制御ユニット1002という2部分に分けて、ここのバッテリーモジュール1001は5つのバッテリーにより並列して組成され、スマートバッテリーのバッテリー本体部分に相当する。制御ユニット1002の機能について簡単化処理されて、充電モジュールを廃棄してその中のスイッチ1003と1004を保留し、電力移送モジュールを廃棄してその中のスイッチ1005と1006を保留し、制御ユニットはスイッチ1003と1004のオン・オフをを制御することでバッテリーモジュールの1001と電気エネルギー配分バスシステム1007との接続と切断をコントロールする。制御ユニットはスイッチ1005と1006のオン・オフをを制御することでバッテリーモジュールの1001と電気エネルギー配分バス1008との接続と切断をコントロールする。制御ユニット内の採集モジュールはバッテリーモジュール1001の少なくても電圧を含む電圧、電流、温度データを採集でき、採集機能は空芯の矢印1009でデータの流れ方向を表示して、制御ユニット内の通信モジュールは通信バス1010によってその他のバッテリーの制御ユニット又は車両の制御ユニットのVCUと通信をする。
【００８５】
図11に示すのは、電気エネルギー配分バスシステムが電動車での応用の一つである。バッテリー組は96個のバッテリーモジュールが直列して組成されて、もし電動車はブレーキ状態にあれば、配備した制動エネルギー回収発電システムは作動開始で、発電を行い、AC-DCコンバータへ交流電を提供し、AC-DCコンバータのアウトプット側から直流電をアウトプットして、その時のAC-DCコンバータのアウトプット側は一つの発電設備か送電設備を認めることができ、各制御ユニットはタイムリーに各バッテリーの余った電量を採集することができ、例えばその時に1#バッテリーモジュールの余った電量が一番少ないと、1#制御ユニットはスイッチ1101と1102をオンにコントロールして、1#バッテリーモジュールを電気エネルギー配分バス1103に接続して、且つ通信バスの1104経由でVCUに通知して、それからスイッチ1105をオンにして、AC-DCコンバータのアウトプット側を電気エネルギー配分バス1103に接続し、AC-DCコンバータは電気エネルギー配分バス1103に送電する。1#バッテリーモジュールは電気エネルギー配分バス1103からの電気エネルギーを受けて、電気エネルギーバス1103内の電気は1106へ流れて、即ちAC-DCコンバータから1#バッテリーモジュールへ流入して、発電設備を利用してバッテリー組の中の余った電量が一番少ないバッテリーへの電気エネルギー移送を実現する、即ち「谷埋め」モードで、それで1#バッテリーモジュールがその他のバッテリーモジュールと同様な放電程度を保持するとともに、バッテリー組の全体な寿命を延ばせる。例えば、もしその時AC-DCコンバータのアウトプットパワーは1#バッテリーモジュールにニーズより高ければ、VCUはスイッチ1107をオンにコントロールして、制動ランプ（電気負荷と認める）を電気エネルギー配分バス1108に接続する。それからスイッチ1109をオンにして、AC-DCコンバータのアウトプット側を電気エネルギー配分バス1108に接続して、AC-DCコンバータから電気エネルギー配分バス1108に送電し、制動ランプは電気エネルギー配分バス1108からの電気エネルギーを受けて、電気エネルギー配分バス1108内の電流は1110へ流れて、即ちAC-DCコンバータから制動ランプへ流入して、発電設備から電気負荷への電気エネルギー移送を実現し、即ち「直接送電」モードであり、それで2次の電気エネルギーと化学エネルギー間の転換で齎した損失と高圧低圧間のDC-DCコンバータのエネルギー損失を避けるようにする。従って電動車の持続走り時間を延ばす。高圧から低圧へ転換するDC-DCコンバータをシステムから廃棄すると、コストダウンもできるし、体積も重量も減らされて、高圧線路を少なくして、安全性を高められ、設備量を減らすと、システムの安全性がアップできる。充電と放電の過程を避ければ、バッテリー組の充放電サイクルを無くすと、バッテリー組のサイクル寿命を高めることができる。
【００８６】
図12に示すのは、もう一つの電気エネルギー配分バスシステムが電動車での応用例である。全てのバッテリーモジュールの制御ユニットは採集した各バッテリーの余った電量データを通信バス1201経由でVCUに発信して、例えその時に96#バッテリーモジュールの余った電量が一番高いだとすれば、それにその時にワイパーを駆動する必要があれば、VCUがDC-DCコンバータのインプットスイッチ1202をオンにするとコントロールして、DC-DCコンバータを電気エネルギー配分バス1203に接続して、96#制御ユニットはスイッチ1204と1205をオンにすると制御して、96#バッテリーモジュールを電気エネルギー配分バス1203に接続して、その時に96#バッテリーモジュールから電気エネルギー配分バス1203へ送電し、DC-DCコンバータのインプット側は電気エネルギー配分バス1203から電気エネルギーを受けて、電気エネルギー配分バス1203内の電気エネルギー流動方法1206は96#バッテリーモジュールからDC-DCコンバータへ流入し、その中のDC-DCコンバータのインプット側は電気エネルギーを受けることができて、ここで負荷と認められる。VCUはスイッチ1207をオンにするとコントロールして、ワイパーを電気エネルギー配分バス1208に接続して、制御スイッチ1209を接続して、DC-DCコンバータのアウトプット側も電気エネルギー配分バス1208に接続され、ここでDC-DCコンバータのアウトプット側から対外へ送電できるので、それを発電設備又は送電設備だと認められる。電気エネルギー配分バス内の電気エネルギー流動方法1210はDC-DCコンバータのアウトプット側からワイパ−へ流入する。最後に96#バッテリーからワイパーへの送電を実現する、即ちバッテリー組の中の余った電量を利用して電気負荷へ電気エネルギー移送するという「峰削り」モードで、それでバッテリー組の中の各バッテリーモジュールの余った電量を一致になるようにし、バッテリー組の均等を実現して、バッテリー組のサイクル寿命を高めるようにする。
［本発明の実施方式］
以下は付図と具体的な実施例に応じて本発明に対してより詳しく説明する。理解してほしいのは、それらの付図及び実施例はただより詳しく本発明を説明するつもりで、本発明の使用範囲を限定することではない。本分野の技術者は本発明に記載した原理を利用して適当に変換か振替をして、もっと多くな機能を実現したり、本発明の応用範囲を開拓したりすることができる。
【００８７】
図1は本発明のスマートバッテリーの結構の見取り図である。そのスマートバッテリーはバッテリー本体部分、制御ユニット、コネクタ、アウタシェル及びセンサー（明記していない）を含む。その中の制御ユニットはメイン制御モジュール、メモリモジュール、採集モジュール、充電モジュール、電力移送モジュール、通信モジュール及びインタラクティブモジュールを含む。
【００８８】
図2−図５はスマートバッテリーの電力移送モードを紹介する。バッテリーは電量の移送に参与しない場合に、図２と図3を参照して、電力移送モジュール201の電力移送送電スイッチ202がオフする時に停止し、充電モジュールの電力移送も受電スイッチの203がオフする時に停止する。スマートバッテリー204のバッテリー本体部分205は1つのバッテリーである。図3の中のスマートバッテリー301のバッテリー本体部分302は4つのバッテリーが並列して組成したバッテリーモジュールである。バッテリーは同一電気エネルギー配分バスシステムに接続したその他のバッテリー又は電気負荷に電力移送して送電する時に、図4に示すように、電力移送モジュールの電力移送送電スイッチ401はオンにして、その時に電気エネルギーはこのバッテリーに流入し、図4に示した電気エネルギー配分バス402の中の電気エネルギー移送方向403を参照してください。バッテリーは同一電気エネルギー配分バスシステムに接続したその他のバッテリー又は発電設備に電力移送を行い時に、即ち当バッテリーに対して充電する時に、図5を参照して、充電モジュールの電力移送受電スイッチ501がオンにし、充電モジュールの送電を電気エネルギー配分バスに切りけて、電気エネルギー配分バスからの電気エネルギーを受けて当バッテリーに対して充電し、その時に電気エネルギーはこのバッテリーに流入する、図4に示した電気エネルギー配分バス502中の電気エネルギー移送方向503を参照してください。
【００８９】
図6−図8には、電気エネルギー配分バスシステムは三種の基本的な電気エネルギー移送モードを紹介し、それは「谷埋め」、「峰削り」と「直接送電」がある。
【００９０】
図6に示すのは、電気エネルギー配分バスシステムの「谷埋め」という電気エネルギー移送モードであり、即ち発電設備は電気エネルギー配分バス経由でバッテリー組の中の余った電量が一番少ないバッテリー充電する。発電設備が電気エネルギーを提示できる時に、例えメイン制御モジュールは2#のバッテリー601の余った電量が一番少ないと判断したら、発電設備から2#のバッテリー601に充電すると決定し、メイン制御モジュールは通信602経由で各バッテリー及び設備が電気エネルギー配分バス603に接続したかどうかをコントロールする。メイン制御システムは2#バッテリー601の充電モジュールの電力移送受電スイッチ604がオンにするとコントロールし、発電設備の電気エネルギー配分バスがスイッチ605と接続するようにコントロールし、それにその他の全てのバッテリー及び設備がバスとの接続スイッチをオフになるようにコントロールする。その時に、発電設備から電気エネルギー配分バス603へ送電し、2#バッテリー601は電気エネルギー配分バスからの電気エネルギーを受けて、電気エネルギー配分バス603内の電気エネルギー流動方向606は発電設備から流れ出して、2#バッテリー601に流入して、それで発電設備からバッテリー組の中の余った電量が一番少ないバッテリーへ電気移送――即ち「谷埋め」モードを実現する。
【００９１】
図7に示すのは、電気エネルギー配分バスシステムの「峰削り」という電気エネルギー移送モードであり、即ちバッテリー組の中の余った電量が一番多いバッテリーは電気エネルギー配分バス経由で電気負荷へ送電する。電気負荷を起動する必要になる場合に、例えメイン制御モジュールは4#バッテリー701の余った電量が一番多いと判断したら、4#バッテリー701から電気負荷へ送電すると決定し、メイン制御モジュールはバス702経由で各バッテリー及び設備が電気エネルギー配分バス703に接続したかどうかを制御して、メイン制御モジュールは電気負荷の電気エネルギー配分バスに接続スイッチ704をオンにするとコントロールし、4#バッテリー701の電力移送モジュールの電力移送送電スイッチ705をオンにするとコントロールし、それにその他の全てのバッテリー及び設備がバスとの接続スイッチをオフになるようにコントロールする。その時に4#バッテリー701から電気エネルギー配分バス703へ送電し、電気負荷は電気エネルギー配分バス703からの電気エネルギーを受けて、電気エネルギー配分バス703内の電気流動方向706は、4#バッテリー701から流れ出して、電気負荷へ流入して、それで、バッテリー組の中の余った電量が一番多いバッテリーから電気負荷への電気エネルギー移送――即ち「峰削り」モードを実現する。
【００９２】
図8に示すのは、電気エネルギー配分バスシステムの「直接送電」という電気エネルギー移送モードであり、即ち電気負荷を起動する必要になる場合に、それにその時に発電設備は対外へ送電できる時に、仮にその時に各バッテリーの余った電量の差分は「谷埋め」と「峰削り」の起動デフォルト値より低いとすれば、メイン制御モジュールは発電設備から電気負荷へ送電すると決定し、メイン制御モジュールは通信バス801経由で電気負荷の電気エネルギー配分バスに接続するスイッチ802をオンにするとコントロールし、発電設備の電気エネルギー配分バスに接続するスイッチ803もオンにするとコントロールし、それにその他の全てのバッテリーのバスに接続するスイッチをオフになるようにコントロールする。その時に発電設備は電気エネルギー配分バス804に送電し、電気負荷は電気エネルギー配分バス804からの電気エネルギーを受けて、電気エネルギー配分バス804内の電気エネルギー流動方向805は、発電設備から流れ出して、電気負荷を流入して、それで発電設備から電気負荷への電気エネルギー移送――即ち「直接送電」モードを実現する。
【００９３】
図9に示すのは、低いスペックのスマートバッテリー組の見取り図である。その中には4枚のスマートバッテリーが直列して組となり、1#バッテリー901、2#バッテリー902、3#バッテリー903、4#バッテリー904がある。4枚のバッテリーはバッテリー組の中の電位は低い方から高い方まで羅列して、バッテリー組の間に電気エネルギー配分バスが設置しない、全てのスマートバッテリーとも電力移送モジュールがない、ただ1#バッテリー901にメイン制御モジュールを配備し、全てのバッテリーの通信モジュールと上級制御システムは通信バス905により繋がっている。メイン制御モジュールは自身の採集モジュール及び通信モジュールによってタイムリーに全てのバッテリーのデータ及び上級制御システムのインタラクティブコマンド情報を獲得して、充電する時に、各バッテリーの劣化程度、余った電量などのリアルタイムデータにより各バッテリーの充電パラメーターを算出して、各バッテリーに発信して、それから獲得した最新の情報によって、各バッテリーの充電パラメーターに対して調整をして、以下の充電方案の一つか混合した充電方案を使うことができる。
【００９４】
一、バッテリーの推薦曲線に応じてフルまで充電する。
【００９５】
二、各バッテリーは異なる充電パラメーターを最小して、それに次回の放電終了までに各バッテリーが同様な放電程度を保つようにダイナミックにパラメーターを調整する。
【００９６】
三、上級制御システムの指令を受けて、最大化の電量を充電する。即ちバッテリーの温度及び昇温はバッテリーが受けられる安全範囲内で、部分か全部のバッテリーが過充電になる。
【００９７】
四、充電電源は移動電源である時に、エネルギーは有限なので、充電モジュール以外の全てのモジュールのエネルギー消耗を下げて、休眠ひいてはクローズして、充電過程の充電モジュール自身のエネルギー消耗を最低化にして、充電モジュールの充電パラメーターを直して、出来るだけバッテリー内に充電した電量を高めるようにする。
【００９８】
実施例1、一種のハイスペックのスマートバッテリーで、図1のようなスマートバッテリーの結構見取り図にあるように、バッテリーの本体部分、制御ユニット、コネクタ及びアウタシェル、センサーとコネクタ（明記してない）を含む。その中の制御ユニットはメイン制御モジュール、メモリモジュール、採集モジュール、充電モジュール、電力移送モジュール、通信モジュール及びインタラクティブモジュールを含む。
【００９９】
実施例2、一種のハイスペックのスマートバッテリー組で、4枚のスマートバッテリーが直列で組成して、図6―図8に示したように、1#バッテリー、2#バッテリー、3#バッテリー、4#バッテリーを含み、4枚のバッテリーはバッテリー組の中での電位は低い方から高い方まで羅列して、それ以外は電気エネルギー配分バス、発電設備、電気負荷、上級制御システム及び通信バスも含む。
【０１００】
実施例3、一種の低いスペックのスマートバッテリー組で、4枚のスマートバッテリーにより組成して、図9に示したように、1#バッテリー901、2#バッテリー902、3#バッテリー903、4#バッテリー904を含み、4枚のバッテリーはバッテリー組の中での電位は低い方から高い方まで羅列して、バッテリー組の間に電気エネルギー配分バスがなく、全てのスマートバッテリーとも電力移送モジュールがなく、ただ1#バッテリー901にメイン制御モジュールを配備してあり、全てのバッテリー通信モジュール及び上級制御システムは通信バス905によって連結する。
【０１０１】
前記は一般的な説明及び具体的な実施例によって本発明に対して詳しく説明を行ったが、本発明に基いて、修正か改進を行うことは、本分野の技術者にとって大したことではない。例えばスマートバッテリーの制御ユニットとバッテリー本体部分を取り分けると、又は電気エネルギー配分バスの三種な基本的な電気エネルギー移送モードを組み合わせて利用することなど。従って、本発明の主旨を外れない上で行った修正と改進などは、全て本発明の要請範囲である。
［工業実用性］
本発明のスマートバッテリー及び電気エネルギー配分バスシステムは何れのバッテリー組を利用する環境に応用できる。電動バイク、電動自動車、電動工程車、艦船と潜水艦、列車のバッテリーエネルギー蓄積システム、機関室の後備電源システム、通信電源の後備バッテリー組、野外移動通信基地局のバッテリー組、野外移動通信基地局のバッテリー組、太陽光発電及び風力発電を含む各種バッテリー組のエネルギー蓄積システム、航空と宇宙飛行のバッテリー組システム、艦船と潜水艦のバッテリー組システムなどの分野に利用できるが、それだけに限らない。
【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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【国際調査報告】
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