(57)【要約】【課題】セル間にアンバランスがあっても、最も弱いセルに対して永久的な損傷をもたらさないシステムおよび方法を提供すること。【解決手段】セルバランス回路は、第1の電圧を有する第1のセル、第1のセルと直列で、第1の電圧よりも大きい第2の電圧を有する第2のセル、および第1の電圧と第2の電圧との間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、第2のセルに対してバイパス電流を有効にするための、第2のセルと並列のバイパス経路を含む。バイパス電流は、第1の電圧と第2の電圧との間の差に比例するバランス時間の間有効にされる。【選択図】図1
2009081989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の電圧を有する第1のセルと
前記第1のセルと直列で、前記第1の電圧よりも大きい第2の電圧を有する第2のセルと、
前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、前記第2のセルに対してバイパス電流を有効にするための、前記第2のセルと並列のバイパス経路とを含み、
前記バイパス電流は、前記バイパス経路を通じて流れ、前記差に比例するバランス時間の間、有効にされる、セルバランス回路。
【請求項２】
前記第1の電圧を示す第1の監視信号および前記第2の電圧を示す第2の監視信号を受け取るために、および前記バランス時間を決定するために動作可能な論理コアをさらに含む、請求項1に記載のセルバランス回路。
【請求項３】
前記差が前記所定のしきい値よりも大きい場合、前記バランス時間の間前記バイパス経路を導通させるためのバランスコントローラをさらに含む、請求項1に記載のセルバランス回路。
【請求項４】
前記第1の電圧および前記第2の電圧を監視するために動作可能な監視回路をさらに含む、請求項1に記載のセルバランス回路。
【請求項５】
第1のセルと並列で、前記第1のセルに対して第1のバイパス電流を有効にするために動作可能な第1のバイパス経路と、
第2のセルと並列で、前記第1のセルと直列に結合された前記第2のセルに対して第2のバイパス電流を有効にするために動作可能な第2のバイパス経路とを含み、
前記第1のセルおよび前記第2のセルの両方がアンバランス条件を満たす場合、前記第1のバイパス電流および前記第2のバイパス電流は、所定の一定期間の間同時に有効にされる、セルバランス回路。
【請求項６】
前記第1のバイパス電流が前記第1のバイパス経路を通じて流れ、前記第2のバイパス電流が前記第2のバイパス経路を通じて流れる、請求項5に記載のセルバランス回路。
【請求項７】
前記第1のセルの第1の電圧が所定のしきい値よりも大きく、前記第2のセルの第2の電圧が前記所定のしきい値よりも大きい場合、前記第1のセルおよび前記第2のセルの両方が前記アンバランス条件を満たす、請求項5に記載のセルバランス回路。
【請求項８】
前記第1のセルの第1の電圧と第3のセルの第3の電圧との間の第1の差が所定のしきい値よりも大きく、前記第2のセルの第2の電圧と前記第3の電圧との間の第2の差が前記所定のしきい値よりも大きい場合、前記第1のセルおよび前記第2のセルの両方が前記アンバランス条件を満たし、前記第3のセルが前記第1のセルおよび前記第2のセルと直列である、請求項5に記載のセルバランス回路。
【請求項９】
前記第1のセルの第1の電圧および前記第2のセルの第2の電圧を監視するための監視回路をさらに含む、請求項5に記載のセルバランス回路。
【請求項１０】
前記第1のセルおよび前記第2のセルが充電段階にある、請求項5に記載のセルバランス回路。
【請求項１１】
前記第1のセルおよび前記第2のセルがアイドル段階にある、請求項5に記載のセルバランス回路。
【請求項１２】
前記セルバランス回路が所定のバランス精度を有する、請求項5に記載のセルバランス回路。
【請求項１３】
第1のセルの第1の充電レベルを示す第1の充電状態(SOC)を測定するための、および前記第1のセルと直列である第2のセルの第2の充電レベルを示す第2のSOCを測定するための論理コアであって、前記第2のSOCが前記第1のSOCよりも大きい論理コアと、
前記第1のSOCと前記第2のSOCとの間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、前記第2のセルに対してバイパス電流を有効にするための、前記第2のセルと並列なバイパス経路とを含み、
前記バイパス電流はバランス時間の間有効にされる、セルバランス回路。
【請求項１４】
前記バランス時間が前記差に比例する、請求項13に記載のセルバランス回路。
【請求項１５】
前記バランス時間が所定の一定期間に等しい、請求項13に記載のセルバランス回路。
【請求項１６】
前記第1のSOCが、前記第1のセルの完全充電容量に対する前記第1のセルのセル容量の比によって決定される、請求項13に記載のセルバランス回路。
【請求項１７】
前記第2のSOCが、前記第2のセルの完全充電容量に対する前記第2のセルのセル容量の比によって決定される、請求項13に記載のセルバランス回路。
【請求項１８】
第1のセルの第1の充電レベルを示す第1の充電状態(SOC)を測定するステップと、
前記第1のセルと直列である第2のセルの第2の充電レベルを示す第2のSOCを測定するステップであって、前記第2のSOCが前記第1のSOCよりも大きいステップと、
前記第1のSOCと前記第2のSOCとの間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、前記第2のセルに対してバイパス電流を有効にするステップとを含み、
前記バイパス電流はバランス時間の間有効にされる、セルバランス方法。
【請求項１９】
前記バランス時間が前記差に比例する、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記バランス時間が所定の一定期間に等しい、請求項18に記載の方法。
【請求項２１】
前記第1のSOCが、前記第1のセルの完全充電容量に対する前記第1のセルのセル容量の比によって決定される、請求項18に記載の方法。
【請求項２２】
前記第2のSOCが、前記第2のセルの完全充電容量に対する前記第2のセルのセル容量の比によって決定される、請求項18に記載の方法。
【請求項２３】
電池パック内のセルと並列なバイパス経路と、
前記セルに結合され、前記セルのセル電圧が所定の最大セル充電電圧に達する場合、前記電池パックへの充電電力を休止するための充電終了信号を生成するために動作可能であり、前記セル電圧が前記所定の最大セル充電電圧よりも小さい所定のしきい値に達する場合、前記バイパス経路を通るバイパス電流を有効にするためのセルバランス信号を生成するために動作可能な充電およびバランスコントローラとを含むセルバランス回路。
【請求項２４】
前記充電およびバランスコントローラが、前記セル電圧を前記所定の最大セル充電電圧と比較するために動作可能で、前記充電終了信号を生成するために動作可能な第1の比較器と、前記セル電圧を前記所定のしきい値と比較するために動作可能で、前記セルバランス信号を生成するために動作可能な第2の比較器とを含む、請求項23に記載のセルバランス回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池保護システムに関し、さらに詳細には、セルバランスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願
本出願は、参照により本明細書に全体として組み込まれている、事件整理番号(docket number)02-0414の、発明者Flavious Lupu、Constantin Bucur、Xiaojun Zeng、Kaiyi Sheng、およびAnquan Xiaoによる、題名「Systems and Methods for Cell Balancing」の、2007年9月25日に出願された同時係属の米国出願の一部継続出願である。
【０００３】
マルチセル電池パックにおいては、セル経年劣化および異なるセル温度のために、セルは互いに異なるかもしれない。セル間の電圧差は、充電/放電サイクル数が増加するにつれて増加するかもしれず、それは、セル間のアンバランスをもたらすかもしれず、電池寿命を短くするかもしれない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池パックが比較的高電流で放電される期間中に、セル間のアンバランスが或る限界に達する場合、最も弱いセルにおける電圧反転(voltage reversal)が、最も弱いセルに対して永久的な損傷をもたらすかもしれない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、セルバランス回路は、第1の電圧を有する第1のセル、第1のセルと直列で、第1の電圧よりも大きい第2の電圧を有する第2のセル、および第1の電圧と第2の電圧との間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、第2のセルに対してバイパス電流を有効にするための、第2のセルと並列のバイパス経路を含む。バイパス電流は、第1の電圧と第2の電圧との間の差に比例するバランス時間の間、有効にされる。
【０００６】
請求の範囲に記載される主題の実施形態の特徴および利点は、以下の詳細な記述が進むにつれて、および同様の数字が同様の部分を表す図面の参照により明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施形態の参照がこれから詳細に行われるであろう。本発明はこれらの実施形態と併せて述べられるであろうが、それらは、本発明をこれらの実施形態に限定することを意図されないことが理解されるであろう。それどころか、本発明は、添付の請求項によって規定されるような本発明の精神および範囲内に含まれるかもしれない代替形態、変更形態および同等形態をカバーすることが意図される。
【０００８】
さらに、本発明の以下の詳細な記述において、本発明の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が説明される。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細なしに実施されてもよいことが当業者には分かるであろう。他の場合には、本発明の態様を不必要に分かりにくくしないように、既知の方法、手順、部品、および回路は、詳細には述べられなかった。
【０００９】
図1は、本発明の一実施形態による、セルバランスシステム(cell balancing system)100のブロック図を示す。図1の実施例で示されるように、セルバランスシステム100は、複数のセル102_1〜102_Nを有する電池パック102を含む。簡潔性および明瞭性のために、セルのすべてが図1で示されるとは限らない。複数のセル102_1〜102_Nの各々は、対応するセルと並列な対応するバイパス経路を有する。例えば、セル102_1は、抵抗器106_1、抵抗器106_2、およびスイッチ104_1を含むバイパス経路を有する。セル102_2は、抵抗器106_2、抵抗器106_3、およびスイッチ104_2を含むバイパス経路を有する。セル102_Nは、抵抗器106_N、抵抗器106_N+1、およびスイッチ104_Nを含むバイパス経路を有する。
【００１０】
セルバランスシステム100はまた、一実施形態では、バランスコントローラ110、監視回路120、および論理コア130も含む。バランスコントローラ110は、対応するスイッチ104_1〜104_Nを制御することによって各セル102_1〜102_Nに対するバイパス経路を制御する(簡潔性および明瞭製性のために、スイッチのすべてが図1で示されるとは限らない)。監視回路120は、セル102_1〜102_Nに対するセル電圧を監視することができる。論理コア130は、監視回路120から監視信号を受け取り、バランスコントローラ110を制御することができる。一実施形態では、論理コア130は、プロセッサ(例えば、マイクロプロセッサ)または状態マシン(state machine)とすることができる。
【００１１】
一実施形態では、監視回路120は、アナログデジタル変換器(ADC)120を含む。各ADCサイクル中に、ADC120は、全セル102_1〜102_Nに対するセル電圧を調べ、ADC120から監視信号を受け取る論理コア130は、任意のセルがアンバランス条件を満たすかどうかを決定するであろう。有利には、セルがアンバランス条件を満たす場合、バイパス(またはブリーディング)電流が対応するバイパス経路を通じて流れることができるように、対応するバイパス経路が導通されるであろう。
【００１２】
図2は、本発明の一実施形態による、セルバランスシステム100によって実施される動作の流れ図200を示す。図2は、図1と組み合わせて述べられる。
【００１３】
一実施形態では、電池パックは、第1の電圧を有する第1のセルおよび第1のセルと直列で、第1の電圧よりも大きい第2の電圧を有する第2のセルを含む。第2のセルと並列のバイパス経路は、第1の電圧と第2の電圧との間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、第2のセルに対してバイパス(またはブリーディング(bleeding))電流を有効にするために導通可能である。有利には、第2のセルに対するバイパス(またはブリーディング)電流は、第1の電圧と第2の電圧との間の差に比例するバランス時間の間、有効にされる。
【００１４】
ブロック202では、各セル102_1〜102_Nに対するセル電圧が監視される。一実施形態では、複数のセル102_1〜102_Nに結合された監視回路120は、セル電圧を監視し、各セルに対するセル電圧を示す監視信号を生成する。一実施形態では、監視信号は、次いで、論理コア130へ送られる。ブロック204では、セル102_1〜102_Nに対するセル電圧が、例えば論理コア130によって比較される。
【００１５】
一実施形態では、ブロック206において最小セル電圧と最大セル電圧との間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、流れ図200はブロック210へ進む。さもなければ、流れ図200はブロック202へ戻る。例えば、第1のセル120_1が最小電圧Vcell_minを有し、第2のセル102_2が最大電圧Vcell_maxを有し、Vcell_minとVcell_maxとの間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、そのときには流れ図200はブロック210へ進む。
【００１６】
ブロック210では、所定のバランス時間T_balancingは、最小電圧Vcell_minと最大電圧Vcell_maxとの間の差に比例する量に設定される。一実施形態では、バランス時間T_balancingは、コントローラ(例えば、論理コア130)によって決定され、それは次式で与えることができる。
T_balancing = (Vcell_max-Vcell_min)*Tcd/Vcell_full  (1)
ここで、Vcell_fullは、完全に充電されたセルに対する公称電圧を表し、Tcdは、完全に充電されたセルを消耗させるための放電時間を表す。等式(1)で示されるように、バランス時間T_balancingは、Vcell_minとVcell_maxとの間の差に比例する。
【００１７】
ブロック212では、バイパス電流が、最大セル電圧Vcell_maxを有するセルに対して有効にされる。さらに明確には、バランスコントローラ110は、最大セル電圧Vcell_maxを有するセルと並列の対応するバイパス経路を時間T_balancingの間導通させるために、対応するスイッチをオンにすることができる。ブロック214では、バランス時間T_balancingが満了する場合、流れ図200はブロック202へ戻って新規のサイクルを開始する。さもなければ、流れ図200はブロック214へ戻る。
【００１８】
したがって、バイパス経路は、最大セル電圧Vcell_maxを有するセルに対してバイパス電流を有効にするために導通されるであろう。一実施形態では、最大セル電圧Vcell_maxを最初に有するセルが、最小セル電圧Vcell_minに徐々に達するように、バイパス電流は、Vcell_minとVcell_maxとの間の差に比例する時間T_balancingの間有効にされる。図2で示されるようなアルゴリズムは、一実施形態では、電池の充電、放電、またはアイドル段階(idle stage)などの、異なる段階において実行可能である。
【００１９】
図3は、本発明の一実施形態による、セルバランスシステム100によって実施される動作の流れ図300を示す。図3は、図1と組み合わせて述べられる。
【００２０】
一実施形態では、セルバランスシステム100は、1つのセルに対してセルバランスを有効にすることができるのみならず、また2つ以上のセルに対しても同時にセルバランスを有効にすることができる。例えば、第1のセルと並列の第1のバイパス経路は、第1のセルに対して第1のバイパス(ブリーディング)電流を有効にすることができる。第2のセルと並列の第2のバイパス経路は、第1のセルと直列に結合される第2のセルに対して第2のバイパス電流を有効にすることができる。一実施形態では、第1のセルおよび第2のセルの両方がアンバランス条件を満たす場合、第1のバイパス電流および第2のバイパス電流は、所定の一定期間の間、同時に有効にできる。第1のバイパス電流は第1のバイパス経路を通じて流れ、第2のバイパス電流は第2のバイパス経路を通じて流れる。
【００２１】
一実施形態では、第1のセルの第1の電圧が所定のしきい値よりも大きく、第2のセルの第2の電圧もまた所定のしきい値よりも大きい場合、第1のセルおよび第2のセルの両方がアンバランス条件を満たす。代替実施形態では、第1のセルの第1の電圧と第3のセルの第3の電圧との間の第1の差が所定のしきい値よりも大きく、第2のセルの第2の電圧と第3の電圧との間の第2の差もまた所定のしきい値よりも大きい場合、第1のセルおよび第2のセルの両方がアンバランス条件を満たす。
【００２２】
ブロック302では、新規のADCサイクルが始まる。ブロック304では、セル102_i(i=1)が選択される。ブロック306では、選択されたセル102_iがバランス段階にある(即ち、セル102_iと並列のバイパス経路を通じて流れるバイパス電流がある)場合、流れ図300はブロック310へ進む。
【００２３】
ブロック310では、セルバランスは、セル102_iおよびセル102_iに隣接する(複数)セルに対して一時的に無効にされるであろう(即ち、セル102_iおよびセル102_iに隣接する(複数)セルに対して対応するバイパス経路を通じて流れるバイパス電流が一時的に無効にされるであろう)。例えば、セル102_1が選択される場合、そのときにはセルバランスは、セル102_1およびセル102_2に対して一時的に無効にされるであろう。セル102_2が選択される場合、そのときにはセルバランスは、セル102_1、セル102_2、およびセル102_3に対して一時的に無効にされるであろう。セル102_Nが選択される場合、そのときにはセルバランスは、セル102_N-1およびセル102_Nに対して一時的に無効にされるであろう。
【００２４】
ブロック312では、監視回路120は、選択されたセル102_iに対するセル電圧を取得するであろう。さらに明確には、監視回路120内のADC変換器は、一実施形態では、セル102_iに対するセル電圧を示すアナログ信号をデジタル信号へ変換し、そのデジタル信号を論理コア130へ送るであろう。ブロック314では、セル102_iおよびセル102_iに隣接する(複数)セルにおけるバランスが再開されて、流れ図300はブロック316へ進む。
【００２５】
ブロック306へ戻って、選択されたセル102_iがバランス段階にない場合、流れ図300はブロック308へ進む。監視回路120は、選択されたセル102_iに対するセル電圧を取得するであろう。さらに明確には、監視回路120内のADC変換器は、一実施形態では、セル102_iに対するセル電圧を示すアナログ信号をデジタル信号へ変換し、そのデジタル信号を論理コア130へ送るであろう。流れ図300はブロック316へ進む。
【００２６】
ブロック316では、iが、電池パック内の全セル数Nよりも小さい場合、流れ図300はブロック318へ進む。ブロック318では、次のセルが選択されるように、iは1だけ増加される。流れ図300はブロック306へ戻る。上で述べられた、ブロック306に続くブロックは、明瞭さおよび簡潔さのために、本明細書では繰り返して述べられないであろう。
【００２７】
ブロック316では、iが、電池パック内の全セル数Nよりも小さくなければ、流れ図300はブロック320へ進む。ブロック320では、論理コア130が、一実施形態では、セル102_1〜102_Nに対するセル電圧を比較する。ブロック322では、バランスは、すべてのセル102_1〜102_Nに対して一時的に無効にされるであろう。ブロック324では、論理コア130は、任意のセルがアンバランス条件を満たすかどうかを調べることができる。一実施形態では、セル電圧が所定のしきい値よりも大きい場合、セルはアンバランス条件を満たす。一実施形態では、セル電圧と同じ電池パック内のもう1つのセルの電圧との間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、セルはアンバランス条件を満たす。有利には、セルバランスシステム100は、一度に1つのセルをバランスさせることができ、または同時に複数の(例えば、2以上の)セルをバランスさせることができる。例えば、N個のセルを有する電池に対して、セルバランスシステム100は、システム電力許容値および電池パックの熱的考察に従って、N-1個のセルまで同時にバランスさせることができる。言い換えれば、セルバランスシステム100は、N-1個のセルに対して同時にバイパス電流を有効にすることができる。一実施形態では、同時にバランスするセル数は、論理コア130によって決定可能でありかつ/または使用者によってあらかじめ決定/プログラム可能である。
【００２８】
ブロック324では、1つまたは複数のセルがアンバランス条件を満たす場合、流れ図300はブロック326へ進む。ブロック326では、バイパス電流が、アンバランス条件を満たす1つまたは複数のセルに対して有効にされる。次いで流れ図は、遅延328の後ブロック302へ進み、新規のADCサイクルを開始する。遅延328はあらかじめ決定可能であり、またゼロにも設定可能である。ブロック324では、アンバランス条件を満たすセルがない場合、流れ図300はブロック302へ直接進み、新規のADCサイクルを開始する。
【００２９】
有利には、一実施形態では、セルバランスシステム100は、電池パック102内のセル電圧を連続的に監視することによって、実時間方式でセルバランスを実施することができる。アンバランスセルは所定の一定期間の間バランスさせられる。アンバランスセルが所定の一定期間の間バランスさせられた後、電池パック内のセル電圧は、任意のセルがアンバランスを満たすかどうかを再度調べるために、再度測定される。所定の一定期間は、ADCサイクルによって決定可能であり、例えば、ADCサイクルよりも小さい。所定の一定期間はまた、遅延素子328の遅延時間を設定することにより、使用者によっても決定可能である。
【００３０】
図3で示されるようなアルゴリズムは、一実施形態では、電池パック内のセルが、充電段階、放電段階、またはアイドル段階にあるとき、実施可能である。
【００３１】
図4は、本発明の一実施形態による、セルバランスシステム100によって実施される動作の流れ図400を示す。図4は、図1と組み合わせて述べられる。
【００３２】
一実施形態では、セルバランスシステム100は、セル102_1〜102_Nの充電状態(SOC)に従ってセルバランスを実施することができる。一実施形態では、論理コア130は、第1のセルの第1の充電レベルを示す第1のSOCを測定することができ、第2のセルの第2の充電レベルを示す第2のSOCを測定することができる。一実施形態では、第2のSOCは第1のSOCよりも大きい。有利には、第1のSOCと第2のSOCとの間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、第2のセルと並列のバイパス経路は、第2のセルに対するバイパス電流を有効にすることができる。一実施形態では、第2のセルに対するバイパス電流は、バランス時間の間有効にされる。一実施形態では、バランス時間は、第1のSOCと第2のSOCとの間の差に比例する量に設定可能である。代替実施形態では、バランス時間は、所定の一定期間に等しい量に設定可能である。
【００３３】
ブロック402では、電池パック102は充電段階にある。ブロック404では、論理コア130は、現在バランス段階にある任意のセルがあるかどうかを決定するであろう。現在バランス段階にあるセルがない場合、論理コア130は、一実施形態では、ブロック406で示されるように、各セル102_1〜102_Nに対する先の充電/放電サイクルにおいて記録された完全充電容量(FCC)を読み取るであろう。
【００３４】
現在バランス段階にある1つまたは複数のセルがある場合、論理コア130は、一実施形態では、ブロック410で示されるように、バランス(ブリーディング)時間を決定する対応するタイマを調べるであろう。ブロック412では、タイマが満了しない場合、流れ図400はブロック404へ戻る。ブロック412では、タイマが満了する場合、流れ図400はブロック414へ進む。ブロック414では、一実施形態では、バランスは一時的に無効にされる。流れ図400はブロック408へ進む。
【００３５】
ブロック408では、論理コア130は、電池パック102内の各セル102_1〜102_Nに対する現在の充電状態(SOC)を計算することができる。一実施形態では、各セルに対するSOCは、完全充電容量(FCC)に対する現在のセル容量の比によって決定される。一実施形態では、セルバランスシステム100は、各セルに対するSOCを計算することによって、どの(複数)セルがバランスされる必要があるかをあらかじめ予測することができる。
【００３６】
ブロック416では、全セルに対するSOCが、例えば論理コア130によって比較される。一実施形態では、論理コア130は、電池パック102内のセル102_1〜102_Nの間で最小SOCおよび最大SOCを捜すことができる。ブロック418では、最小SOCと最大SOCとの間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、流れ図400はブロック420へ進む。さもなければ、流れ図400はブロック408へ戻る。上で述べられた、ブロック408に続くブロックは、明瞭さおよび簡潔さのために、本明細書では繰り返して述べられないであろう。
【００３７】
ブロック420では、バランス時間Tは、論理コア130によって決定可能である。一実施形態では、バランス時間は、最小SOCと最大SOCとの間の差に比例する。ブロック422では、最大SOCを有するセルがバランスを開始し(例えば、対応するバイパス経路を通るそのバイパス電流を有効にすることによって)、対応するタイマが開始される。流れ図400はブロック404へ戻って、新規のサイクルを開始する。有利には、セルバランスシステム100は、各セルのセル電圧の代わりに各セルの充電状態に従ってどの(複数)セルをバランスさせるかを決定することができる。
【００３８】
図4で示されるようなアルゴリズムは、一実施形態では、電池パック内のセルが、充電段階、放電段階、またはアイドル段階にあるとき、実施可能である。
【００３９】
図5Aは、本発明の一実施形態による、先読みセルバランスを有効にするためのセルバランス回路500Aを示す。図1におけるのと同じ符号を付けられた要素は同様の機能を有し、簡潔さと明瞭さのために、本明細書では繰り返して述べられないであろう。
【００４０】
有利には、セルバランスシステム500Aは、セルが所定の最大セル充電電圧(完全セル充電電圧)に達する前にセルバランスを有効にする。例えば、バイパス電流は、最大セル充電電圧の90%に等しいセル電圧に達するセルに対して有効にできる。セルが所定の最大セル充電電圧に達する前にバランスを開始することによって、一実施形態では、アンバランスセルはより長いバランス時間を有し、したがって電池寿命をさらに延ばすであろう。一実施形態では、図5Aで示されるような先読みセルバランス回路500Aは、電池パック102の充電プロセスで使用可能であるが、それに限定されるものではない。
【００４１】
セルバランスシステム500Aは、電池パック102内の各セル102_1〜102_Nに対する充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nを含む。簡潔性および明瞭性のために、充電およびバランスコントローラのすべてが図5Aで示されているとは限らない。各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nは、一実施形態では、対応するセル102_1〜102_Nのセル電圧を監視し、各セル102_1〜102_Nに対するバランス制御信号を生成する。各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nは、所定の最大セル充電電圧を表す参照信号522および所定の最大セル充電電圧(完全セル充電電圧)よりも小さい、例えば所定の最大セル充電電圧の90%である所定のバランスしきい値を表す参照信号520を受け取る。各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nはまた、対応するセル102_1〜102_Nに対するセル電圧も受け取る。
【００４２】
一実施形態では、各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nは、任意のセルのセル電圧が所定の最大セル充電電圧に達する場合、電池パック102への充電電力を休止させるために、充電終了信号540_1〜540_N(簡潔性および明瞭性のために、充電終了信号のすべてが図5Aで示されているとは限らない)を生成する。一実施形態では、ORゲート540は充電終了信号540_1〜540_Nを受け取る。充電終了信号540_1〜540_Nのいずれかが高レベルを有する場合、ORゲート540は、一実施形態では、電池パック102への充電電力を休止させるために、制御信号542を生成するであろう。さらに、各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nは、一実施形態では、対応するセルのセル電圧が、所定の最大セル充電電圧よりも小さい所定のバランスしきい値に達する場合、対応するバイパス経路を通じて流れるバイパス電流を有効にするために、セルバランス信号を生成する。バイパス電流は、対応するスイッチ104_1〜104_Nをオンにすることによって有効にされる。
【００４３】
図5Aで示されるようなアルゴリズムは、一実施形態では、電池パック内のセルが、充電段階、放電段階、またはアイドル段階にあるとき、実施可能である。
【００４４】
図5Bは、本発明の一実施形態による、図5Aにおける充電およびバランスコントローラのための例となる回路図を示す。図5Aにおけるのと同じ符号を付けられた要素は同様の機能を有し、簡潔さと明瞭さのために、本明細書では繰り返して述べられないであろう。
【００４５】
図5Aにおける各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nは、図5Bで示されるのと同様の構造を有する。一実施形態では、各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nは、セル電圧を所定の最大セル充電電圧522と比較するためのおよび比較結果に従って充電終了信号540を生成するための第1の比較器504を含む。各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nはさらに、セル電圧を所定のバランスしきい値520(例えば、所定の最大セル充電電圧の90%)と比較するためのおよび比較結果に従ってセルバランス信号534を生成するための第2の比較器502を含む。信号Vcell+およびVcell-は、対応するセルの正端子および負端子にそれぞれ結合される。
【００４６】
したがって、一実施形態では、セルバランスシステムが提供される。セルバランスシステムは、異なるセルバランスアルゴリズムに従って電池パックをバランスさせるのに使用でき、それによってセル間のアンバランスを低減し、電池寿命を延ばす。有利には、セルバランスシステムのバランス/ブリーディング精度はあらかじめ決定(プログラム)できる。例えば、任意の2つのセル間のセル電圧差が所定の(プログラム可能な)しきい値よりも小さい場合、または任意の2つのセル間のセル容量差が所定の(プログラム可能な)しきい値よりも小さい場合、セルバランスは終了できる。
【００４７】
先の記述および図面は本発明の実施形態を表すが、添付の請求項で規定されるような本発明の原理の精神および範囲から逸脱することなく、様々な追加、変更および置換がその中で行われてもよいことが理解されるであろう。本発明は、本発明の実施において使用される、形状、構造、配置、割合、材料、要素、および部品の多くの変更ならびにそれ以外とともに使用されてもよく、それらは、本発明の原理から逸脱することなく、特定の環境および動作要件に特に適合されることを当業者は理解するであろう。現在開示される実施形態はそれ故に、すべての点で例示としてかつ限定的ではないと考えられるべきであり、本発明の範囲は、添付の請求項およびそれらの法的等価物によって示され、先の記述に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態による、セルバランスシステムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による、セルバランスシステムによって実施される動作の流れ図である。
【図３】本発明の一実施形態による、セルバランスシステムによって実施される動作の流れ図である。
【図４】本発明の一実施形態による、セルバランスシステムによって実施される動作の流れ図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、セルバランスシステムのブロック図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による、図5Aにおける充電およびバランスコントローラの例となる回路図である。
【符号の説明】
【００４９】
100    セルバランスシステム
102    電池パック
102_1〜102_N    セル
104_1〜104_N    スイッチ
106_1〜106_N+1    抵抗器
110    バランスコントローラ
120    監視回路
130    論理コア
200    流れ図
202〜214    流れ図200の各ブロック
300    流れ図
302〜328    流れ図300の各ブロック
400    流れ図
402〜422    流れ図400の各ブロック
500A    セルバランス回路
502    第2の比較器
504    第1の比較器
510_1〜510_N    充電およびバランスコントローラ
520    所定のバランスしきい値
522    所定の最大セル充電電圧
534    セルバランス信号
540    ORゲート
540_1〜540_N    充電終了信号
542    制御信号
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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