(57)【要約】  本発明は、直列に接続された少なくとも２つの電池セル（２、４）を有する二次電池ユニット（３、１７）の内部短絡を有する不良電池セル（２）を放電させるためのシステム（１、１６）に関し、少なくとも２つの電池セル（２、４）をバランスさせるためのバランス回路（５、１８）と、バランス回路（５、１８）を制御するための制御ユニット（９、２１）と、少なくとも２つの電池セル（２、４）の少なくとも１つに短絡が存在するかどうかを検出するための少なくとも１つのセンサユニットとを含み、制御ユニット（９、２１）は、電池セル（２、４）に短絡が存在することを検出した後、この短絡が存在する不良電池セル（２）の電荷をバランス回路（５、１８）により他の電池セル（４）に順次転送するようにバランス回路（５、１８）を制御することができる。
2020502973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された少なくとも２つの電池セル（２、４）を有する二次電池ユニット（３、１７）の内部短絡を有する不良電池セル（２）を放電させるためのシステム（１、１６）であって、
前記少なくとも２つの電池セル（２、４）をバランスさせるためのバランス回路（５、１８）と、
前記バランス回路（５、１８）を制御するための制御ユニット（９、２１）と、
前記少なくとも２つの電池セル（２、４）の少なくとも１つに短絡が存在するかどうかを検出するための少なくとも１つのセンサユニットと、を含み、
前記制御ユニット（９、２１）は、前記電池セル（２、４）に短絡が存在することの検出後、この短絡が存在する不良電池セル（２）の電荷を前記バランス回路（５、１８）により他の電池セル（４）に順次転送するように前記バランス回路（５、１８）を制御することができることを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記バランス回路（５）は、
各々が前記少なくとも２つの電池セル（２、４）のうちの１つに専用であり、かつ少なくとも１つのインダクタ（７）を共有する少なくとも２つの電力スイッチング変換器（６）と、
各々が前記少なくとも２つの電池セル（２、４）のうちの１つに専用であり、かつ各々が電荷電流が前記少なくとも２つの電池セル（２、４）のそれぞれを流れることを可能にする少なくとも２つのダイオード（８）と、を含み、
前記制御ユニット（９）は、前記電池セル（２、４）に短絡が存在することの検出後、前記不良電池セル（２）の電荷が前記他の電池セル（４）に転送されるように前記バランス回路（５）を制御することができ、
この転送先の前記他の電池セル専用の前記電力スイッチング変換器（６）は、前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６）と前記インダクタ（７）を共有している、
請求項１に記載のシステム（１）。
【請求項３】
前記制御ユニット（９）は、前記電池セル（２、４）に短絡が存在することの検出後、前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６）が、内部短絡が検出されない場合に提供されるスイッチングデューティとは異なる、変更されたスイッチングデューティで動作するように、および前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６）と前記インダクタ（７）を共有する前記他の電池セル専用の前記電力スイッチング変換器（６）がオフに保たれるように、前記バランス回路（５）を制御することができる、
請求項２に記載のシステム（１）。
【請求項４】
前記バランス回路（１８）は、各々が前記少なくとも２つの電池セル（２、４）のうちの１つに専用であり、かつ互いに誘導結合されている少なくとも２つの電力スイッチング変換器（１９）を含み、
前記制御ユニット（２１）は、前記電池セル（２、４）に短絡が存在することの検出後、前記不良電池セル（２）の電荷が前記他の電池セル（４）に転送されるように前記バランス回路（１８）を制御することができ、
この転送先の前記他の電池セル（４）専用の前記電力スイッチング変換器（１９）は、前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（１９）と誘導結合されている、
請求項１に記載のシステム（１６）。
【請求項５】
前記制御ユニット（９、２１）は、前記電池セル（２、４）に短絡が存在することの検出後、前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６、１９）のスイッチング周波数が放電期間にわたって一定であるように、または変化するように前記バランス回路（５、１８）を制御することができる、
請求項２から４のいずれか一項に記載のシステム（１、１６）。
【請求項６】
前記制御ユニット（９、２１）は、前記電力スイッチング変換器（６、１９）が同時にスイッチングされないように前記バランス回路（５、１８）を制御することができる、
請求項２から５のいずれか一項に記載のシステム（１、１６）。
【請求項７】
直列に接続された少なくとも２つの電池セル（２、４）および前記少なくとも２つの電池セル（２、４）をバランスさせるためのバランス回路（５、１８）を有する二次電池ユニット（３、１７）の内部短絡を有する不良電池セル（２）を放電させるための方法であって、
前記少なくとも２つの電池セル（２、４）のうちの少なくとも１つに短絡が存在するかどうかを検出するステップ、および、
前記電池セル（２、４）に短絡が存在することを検出した後、この短絡が存在する不良電池セル（２）の電荷を前記バランス回路（５、１８）によって他の電池セル（４）に順次転送するステップを含む、方法。
【請求項８】
前記不良電池セル（２）の電荷は、前記不良電池セル（２）専用の電力スイッチング変換器（６、１９）および前記他の電池セル（４）専用の電力スイッチング変換器（６、１９）を介して、２つの前記電力スイッチング変換器（６）によって共有されている少なくとも１つのインダクタ（７）によって、または２つの前記電力スイッチング変換器（１９）の誘導結合によって、前記不良電池セル（２）から前記他の電池セル（４）に転送される、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電池セル（２、４）に短絡が存在することの検出後、前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６、１９）は、内部短絡が検出されない場合に提供されるスイッチングデューティとは異なる、変更されたスイッチングデューティで動作し、
前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６）と前記インダクタ（７）を共有しているか、または前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（１９）と誘導結合している前記他の電池セル専用の前記電力スイッチング変換器（６、１９）がスイッチオフされたままである、
請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの電池セル（２、４）のうちの１つに短絡が存在することの検出後、前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６、１９）のスイッチング周波数は放電期間にわたって一定であるか、または変化する、
請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
２つの前記電力スイッチング変換器（６、１９）は同時にスイッチングされない、
請求項７から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列に接続された少なくとも２つの電池セルを有する二次電池ユニットの内部短絡を有する不良電池セルを放電させるためのシステムに関し、少なくとも２つの電池セルをバランスさせるためのバランス回路と、バランス回路を制御するための制御ユニットと、少なくとも２つの電池セルの少なくとも１つに短絡が存在するかどうかを検出するための少なくとも１つのセンサユニットとを含む。
【０００２】
さらに、本発明は、直列に接続された少なくとも２つの電池セルおよび少なくとも２つの電池セルをバランスさせるためのバランス回路を有する二次電池ユニットの内部短絡を有する不良電池セルを放電させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
最近、リチウムイオン電池のような二次電池セルが様々な用途に使用されている。例えば、電気自動車やハイブリッド電気自動車には、そのような自動車の電気駆動ユニットに電力を供給するために電池セルが取り付けられている。一般に、いくつかの電池セルが組み合わされて、電池セルが直列に接続された電池ユニットを形成する。電池ユニットは、モジュール式に構成された二次電池を構成するための二次電池または電池モジュールとすることができる。
【０００４】
様々な理由で、不良電池セルの内部で短絡が発生する可能性がある。すると、不良電池セルの内部に大きな短絡電流が流れて発熱し、不良電池セルが過熱する。この過熱は、不良電池セルの内部で電解質と電極との分解反応を引き起こし、不良電池セルの内部でガスを発生させる可能性がある。そして、ガス発生により不良電池セル内の圧力が上昇する。この事象は、不良電池セルの熱暴走と呼ばれる。いくつかの電池セルを有する二次電池ユニットの１つの不良電池セルの熱暴走は、二次電池ユニットのさらなる電池セルの熱暴走につながる可能性がある。熱暴走の場合に不良電池セルの爆発を防ぐために、電池セルは、電池セルを通気し、それによって電池セル内の圧力を低下させるための通気装置を含むことができる。不良電池セルの熱暴走はまた、不良電池セルのセル構成要素の着火を引き起こし得る。
【０００５】
二次電池ユニットの不良電池セル内の短絡を検出することができる、いわゆる電池管理システム（ＢＭＳ）を用いて二次電池ユニットの動作を制御することが知られている。しかしながら、これまでのところ、内部短絡を有する不良電池セルの熱暴走を防止するための唯一の対策は、何らかの負荷、例えば抵抗器などで不良電池セルを放電させることである。そのような安全対策は、例えば米国特許出願公開第２０１５／０２１１２１２号明細書に開示されている。不良電池セルは急速に放電されるべきであるので、負荷は大きくかつ重くなければならない。さらに、そのような従来の安全対策を使用する場合、不良電池セルにおける発熱および不良電池セルのエネルギー消費は依然として大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０２１１２１２号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、二次電池ユニットの電池セルの放電を改善することである。
【０００８】
この目的は独立請求項によって解決される。有利な実施形態は、以下の説明、従属請求項および図面に開示されており、これらの実施形態は、単独でまたは少なくとも２つの実施形態の任意の組み合わせで本発明の好ましいまたは有利な態様に関連し得る。システムの実施形態は、これが以下に明示的に開示されていなくても、方法の実施形態であり得、逆もまた同様である。
【０００９】
直列に接続された少なくとも２つの電池セルを有する二次電池ユニットの内部短絡を有する不良電池セルを放電させるための本発明によるシステムは、少なくとも２つの電池セルをバランスさせるためのバランス回路と、バランス回路を制御するための制御ユニットと、少なくとも２つの電池セルの少なくとも１つに短絡が存在するかどうかを検出するための少なくとも１つのセンサユニットとを含み、制御ユニットは、電池セルに短絡が存在することの検出後、この短絡が存在する不良電池セルの電荷をバランス回路により他の電池セルに順次転送するようにバランス回路を制御することができることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、二次電池ユニットの内部短絡の形態の不良を有する不良電池セルは、二次電池ユニットのバランス回路を使用して放電される。この目的のために、本発明によるシステムは、バランス回路を制御する制御ユニットを含む。不良電池セルを放電させるために追加の放電負荷は必要ない。本発明によるバランス回路を制御することによって、例えば徐々に発達する内部短絡を有することがある不良電池セルの電荷を、二次電池ユニットの他の電池セルに順次転送することができる。これにより、不良電池セルのエネルギーが減少し、その結果、不良電池セルの熱暴走および通気、ならびに電池セル構成要素の着火が確実に防止される。
【００１１】
二次電池ユニットが、本発明によるシステムのセンサユニットで検出され得る内部短絡を有する不良電池セルを有さない場合、本発明によるシステムのバランス回路は、二次電池ユニットの電池セルをバランスするために使用される、すなわち、二次電池ユニットの最も充電された電池セル（単数または複数）からエネルギーを引き出し、引き出されたエネルギーを最も充電されていない電池セルに転送する。これにより、二次電池ユニットの電池セルは、同様のまたは同一の充電状態（ＳＯＣ）を有することができる。この目的のために、バランス回路は典型的には各電池セルに対して少なくとも１つの電力スイッチング変換器を含む。これらの電力スイッチング変換器はまた、二次電池ユニットの不良電池セルを放電させるためにスイッチングされる。各電力スイッチング変換器は、スイッチング装置、ダイオード、および少なくとも１つのインダクタを含み得る。スイッチング装置は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタなどであり得る。これにより、不良電池セルの電荷を他の電池セルに大電力で転送することができる。
【００１２】
本発明によれば、不良電池セルに短絡が存在する場合、不良電池セルの電荷は、バランス回路によって他の電池セルに順次転送される。これは、不良セルの電荷が、不良電池セルから不良電池セルに直接隣接する少なくとも１つの電池セルへ、そしてこの隣接電池セルから次の電池セルへと特定量転送されることを意味する。
【００１３】
バランス回路を制御するための制御ユニットは、別個のユニットとすることができ、あるいは二次電池ユニットの電池管理システム（ＢＭＳ）に実装することができる。制御ユニットは、バランス回路の電力スイッチング変換器を制御して、不良電池セルを放電させる。
【００１４】
電池セルのうちの少なくとも１つに短絡が存在するかどうか検出するためのセンサユニットは、電圧センサ、電流センサ、または温度センサなどであり得る。センサユニットは、電池セルの短絡を示すセンサ信号を制御回路に供給するために制御ユニットに接続されている。センサユニットは、各電池セルに対して別個のセルセンサを含み得る。
【００１５】
有利な実施形態によれば、バランス回路は、各々が少なくとも２つの電池セルのうちの１つに専用であり、かつ少なくとも１つのインダクタを共有する少なくとも２つの電力スイッチング変換器と、各々が少なくとも２つの電池セルのうちの１つに専用であり、かつ各々が電荷電流が少なくとも２つの電池セルのそれぞれを流れることを可能にする少なくとも２つのダイオードとを含み、制御ユニットは、電池セルに短絡が存在することの検出後、この不良電池セルの電荷が他の電池セルに転送されるようにバランス回路を制御することができ、この転送先の他の電池セル専用の電力スイッチング変換器は、不良電池セル専用の電力スイッチング変換器とインダクタを共有している。不良電池セルの短絡が検出されると、不良電池セル専用の電力スイッチング変換器の電界効果トランジスタが特定期間オンにされ、不良電池セル専用の電力スイッチング変換器とインダクタを共有する電力スイッチング変換器の電界効果トランジスタはオフに保たれる。これにより、特定量のエネルギーがまずインダクタに蓄積される。前記特定期間の終了時に、インダクタはその蓄積エネルギーを放出し、それにより、正常な隣接電池セル専用のダイオードおよびこの電池セルを通って電流が流れる。これにより、この電池セルは充電される。この手順を繰り返して、不良電池セルを放電させることができる。正常電池セルに追加された電荷は、同じ方法でこの電池セルから他の電池セルに転送することができる。
【００１６】
これにより、不良電池セルの電荷を二次電池ユニットの正常電池セルに分配することができる。
【００１７】
さらなる有利な実施形態によれば、制御ユニットは、電池セルに短絡が存在することの検出後、この不良セル専用の電力スイッチング変換器が、内部短絡が検出されない場合に提供されるスイッチングデューティとは異なる、変更されたスイッチングデューティで動作するように、および不良電池セル専用の電力スイッチング変換器とインダクタを共有する他の電池セル専用の電力スイッチング変換器がオフに保たれるようにバランス回路を制御することができる。この動作は、それぞれの正常な隣接電池セルの充電状態（ＳＯＣ）が所定の閾値を超えない限り実行され得る。不良電池専用の電力スイッチング変換器のスイッチングデューティを変更することによって、不良電池セルからそれぞれの正常な隣接電池セルへの電荷量の転送を制御することができる。
【００１８】
さらなる有利な実施形態によれば、バランス回路は、各々が少なくとも２つの電池セルのうちの１つに専用であり、かつ互いに誘導結合されている少なくとも２つの電力スイッチング変換器を含み、制御ユニットは、電池セルに短絡が存在することの検出後、この不良電池セルの電荷が他の電池セルに転送されるようにバランス回路を制御することができ、この転送先の他の電池セル専用の電力スイッチング変換器は、不良電池セル専用の電力スイッチング変換器と誘導結合されている。不良電池セルの短絡が検出されると、不良電池セル専用の電力スイッチング変換器の電界効果トランジスタが特定期間オンにされ、不良電池セル専用の電力スイッチング変換器と誘導結合している電力スイッチング変換器の電界効果トランジスタはオフに保たれる。これにより、特定量の電荷が、不良電池セル専用の電力スイッチング変換器のインダクタから誘導結合された電力スイッチング変換器のインダクタに転送され、最後に指定されたインダクタに蓄積される。前記特定期間の終了時に、誘導結合された電力スイッチング変換器の電界効果トランジスタがオンにされ、それによって最後に指定されたインダクタがその蓄積エネルギーを解放し、電流がそれぞれの正常な隣接電池セルを通って流れる。これにより、この電池セルは充電される。電力スイッチング変換器を交互にスイッチングすることによって、この手順を繰り返して、不良電池セルを放電させることができる。それぞれの正常電池セルに追加された電荷は、同じ方法でこの電池セルから他の電池セルに転送することができる。これにより、不良電池セルの電荷を二次電池ユニットの正常電池セルに分配することができる。
【００１９】
さらなる有利な実施形態によれば、制御ユニットは、電池セルに短絡が存在することの検出後、この不良電池セル専用の電力スイッチング変換器のスイッチング周波数が放電期間にわたって一定であるように、または変化するようにバランス回路を制御することができる。これにより、不良セル専用の電力スイッチング変換器のスイッチング周波数を特定の場合に適合させることができる。
【００２０】
さらなる有利な実施形態によれば、制御ユニットは、電力スイッチング変換器が同時にスイッチングされないようにバランス回路を制御することができる。この特徴は、不良電池セルから他の電池セルへの電荷の最適な転送にとって重要である。
【００２１】
直列に接続された少なくとも２つの電池セルおよび少なくとも２つの電池セルをバランスさせるためのバランス回路を有する二次電池ユニットの内部短絡を有する不良電池セルを放電させるための本発明による方法は、
−少なくとも２つの電池セルのうちの少なくとも１つに短絡が存在するかどうかを検出するステップ、および、
−電池セルに短絡が存在することを検出した後、この短絡が存在する不良電池セルの電荷をバランス回路によって他の電池セルに順次転送するステップを含む。
【００２２】
システムの上述の利点は方法の利点に対応する。特に、上述の実施形態のうちのいずれか１つによるシステム、またはこれらの実施形態のうちの少なくとも２つを互いに組み合わせたものを使用して、方法を実行することができる。
【００２３】
さらなる有利な実施形態によれば、不良電池セルの電荷は、不良電池セル専用の電力スイッチング変換器および他の電池セル専用の電力スイッチング変換器を介して、２つの電力スイッチング変換器によって共有されているインダクタによって、または２つの電力スイッチング変換器の誘導結合によって、不良電池セルから他の電池セルに転送される。本システムの対応する実施形態の上述の利点は、本方法のこの実施形態に対応して関連する。
【００２４】
さらなる有利な実施形態によれば、電池セルに短絡が存在することを検出した後、この不良電池セル専用の電力スイッチング変換器は、内部短絡が検出されない場合に提供されるスイッチングデューティとは異なる、変更されたスイッチングデューティで動作し、不良電池セル専用の電力スイッチング変換器とインダクタを共有しているか、または不良電池セル専用の電力スイッチング変換器と誘導結合している他の電池セル専用の電力スイッチング変換器は、スイッチオフされたままである。本システムの対応する実施形態の上述の利点は、本方法のこの実施形態に対応して関連する。
【００２５】
さらなる有利な実施形態によれば、電池セルに短絡が存在することを検出した後、この不良セル専用の電力スイッチング変換器のスイッチング周波数は、放電期間にわたって一定であるか、または変化する。本システムの対応する実施形態の上述の利点は、本方法のこの実施形態に対応して関連する。
【００２６】
さらなる有利な実施形態によれば、２つの電力スイッチング変換器は同時にスイッチングされない。本システムの対応する実施形態の上述の利点は、本方法のこの実施形態に対応して関連する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明のさらなる詳細、特徴、および利点は、以下の説明および図面に示されている。
【図１】本発明によるシステムの一実施形態の回路図である。
【図２】図１に示すバランス回路の実施形態の電界効果トランジスタのゲートに印加される駆動信号の一例を示す図である。
【図３】本発明によるシステムのさらなる実施形態の回路図である。
【図４】図３に示すバランス回路の実施形態の電界効果トランジスタのゲートに印加される駆動信号の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、直列に接続されたいくつかの電池セル２および４を有する二次電池ユニット３の内部短絡を有する不良電池セル２を放電させるための本発明によるシステム１の実施形態の回路図を示す。
【００２９】
システム１は、前記電池セル２および４をバランスさせるためのバランス回路５を含む。バランス回路５は、各々が電池セル２および４のうちの１つに専用であるいくつかの電力スイッチング変換器６を含む。数対の電力スイッチング変換器６は、各々がインダクタ７を共有する。さらに、バランス回路５は、各々が電池セル２、４のうちの１つに専用であり、各々がそれぞれの電池セル２、４を電荷電流が流れることを可能にするいくつかのダイオード８を含む。
【００３０】
さらに、システム１は、前記バランス回路５を制御するための制御ユニット９と、電池セル２および４のうちの少なくとも一方に短絡が存在するかどうかを検出するための少なくとも１つのセンサユニット（図示せず）とを含む。制御ユニット９は、電池セル（ここでは電池セル２）に短絡が存在することを検出した後、この不良電池セル２の電荷がバランス回路５によって他の電池セル４に順次転送されるようにバランス回路５を制御することができる。
【００３１】
制御ユニット９は、電池セル（ここでは電池セル２）に短絡が存在することを検出した後、この不良電池２セルの電荷が電池セル４に転送されるようにバランス回路５を制御することができ、電池セル４専用の電力スイッチング変換器６は、不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器６とインダクタ７を共有する。不良電池セル２の短絡が検出されると、不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器６の電界効果トランジスタ１０が特定期間オンにされ、不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器６とインダクタ７を共有する電力スイッチング変換器６の電界効果トランジスタ１１はオフに保たれる。これにより、電界効果トランジスタ１０には矢印１２で示す電流が流れ、特定量のエネルギーがまずインダクタ７に蓄積される。前記特定期間の終了時に、電界効果トランジスタ１０はオフにされ、インダクタ７はその蓄積エネルギーを放出するので、矢印１３で示される電流は正常な隣接電池セル４専用のダイオード８およびこの電池セル４を通って流れる。これにより、この電池セル４が充電される。この手順を繰り返して、不良電池セル２を放電させることができる。正常電池セル４に追加された電荷は、同じ方法でこの電池セル４から他の電池セル４に転送することができる。これにより、不良電池セル２の電荷を二次電池ユニット３の正常電池セル４に分配することができる。
【００３２】
制御ユニット９は、電池セル（ここでは電池セル２）に短絡が存在することを検出した後、不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器６が、内部短絡が検出されない場合に提供されるスイッチングデューティとは異なる、変更されたスイッチングデューティで動作するように、および不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器６とインダクタ７を共有する電力スイッチング変換器６がオフに保たれるようにバランス回路５を制御することが可能であり得る。
【００３３】
さらに、制御ユニット９は、電池セル（ここでは電池セル２）に短絡が存在することを検出した後、不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器６のスイッチング周波数が放電期間にわたって一定であるように、または変化するようにバランス回路５を制御することができる。さらに、制御ユニット９は、電力スイッチング変換器６が同時にスイッチングされないようにバランス回路５を制御することが可能であり得る。
【００３４】
図２は、図１に示すバランス回路５の実施形態の電界効果トランジスタ１０および１１のゲートに印加される駆動信号１４および１５の一例を示す。図２の上部は電界効果トランジスタ１０に印加される駆動信号１４を示し、図２の下部は電界効果トランジスタ１１に印加される駆動信号１５を示す。電池セル２および４において短絡が検出されない場合、電界効果トランジスタ１０および１１は交互にオンオフされる。いずれにせよ、図２に示すように、電界効果トランジスタ１０および１１は同時にスイッチングされない。時刻ｔｓにおいて、不良電池セル２に短絡が検出される。短絡が検出された後、不良電池セル２専用の電界効果トランジスタ１０は、内部短絡が検出されなかった場合とは異なるスイッチングデューティで動作する。加えて、不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器６とインダクタ７を共有している電界効果トランジスタ１１は、スイッチオフされたままである。
【００３５】
図３は、直列に接続されたいくつかの電池セル２および４を有する二次電池ユニット１７の内部短絡を有する不良電池セル２を放電させるための本発明によるシステム１６のさらなる実施形態の回路図を示す。
【００３６】
システム１は、前記電池セル２および４をバランスさせるためのバランス回路１８を含む。バランス回路１８は、各々が電池セル２および４のうちの１つに専用であるいくつかの電力スイッチング変換器１９を含む。隣接する電池セル２および４専用の数対の電力スイッチング変換器１９は互いに誘導結合されている。この目的のために、各電力スイッチング変換器１９はインダクタ２０を含む。
【００３７】
さらに、システム１は、前記バランス回路１８を制御するための制御ユニット２１と、電池セル２および４のうちの少なくとも１つに短絡が存在するかどうかを検出するための少なくとも１つのセンサユニット（図示せず）とを含む。制御ユニット２１は、電池セル（ここでは電池セル２）に短絡が存在することを検出した後、この不良電池セル２の電荷がバランス回路１８によって他の電池セル４に順次転送されるようにバランス回路１８を制御することができる。
【００３８】
制御ユニット２１は、電池セル（ここでは電池セル２）に短絡が存在することを検出した後、この不良電池セル２の電荷がそれぞれの電池セル４に転送されるようにバランス回路１８を制御することができ、電池セル４専用の電力スイッチング変換器１９は、不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器１９と誘導結合されている。不良電池セル２の短絡が検出されると、不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器１９の電界効果トランジスタ２２が特定期間オンにされ、不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器１９と誘導結合している電力スイッチング変換器１９の電界効果トランジスタ２３はオフに保たれる。これにより、特定量の電荷が、不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器１９のインダクタ２０から誘導結合された電力スイッチング変換器１９のインダクタ２０に転送され、最後に指定されたインダクタ２０に蓄積される。前記特定期間の終了時に、誘導結合された電力スイッチング変換器１９のそれぞれの電界効果トランジスタ２３がオンにされ、それによって最後に指定されたインダクタ２０がその蓄積エネルギーを解放し、電流がそれぞれの正常な隣接電池セル４を通って流れる。これにより、この電池セル４が充電される。電力スイッチング変換器１９を交互にスイッチングすることによって、この手順を繰り返して、不良電池セル２を放電させることができる。それぞれの正常電池セル４に追加された電荷は、同じ方法でこの電池セル４から他の電池セル４に転送することができる。これにより、不良電池セル２の電荷を二次電池ユニット１７の正常電池セル４に分配することができる。
【００３９】
制御ユニット２１は、不良電池セル２に短絡が存在することを検出した後、不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器１９が、内部短絡が検出されない場合に提供されるスイッチングデューティとは異なる、変更されたスイッチングデューティで動作するように、および不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器１９と誘導結合するそれぞれの電力スイッチング変換器２３がオフに保たれるようにバランス回路１８を制御することが可能であり得る。
【００４０】
さらに、制御ユニット２１は、不良電池セル２に短絡が存在することを検出した後、不良電池セル２専用の電力スイッチング変換器１９のスイッチング周波数が放電期間にわたって一定であるように、または変化するようにバランス回路１８を制御することができる。
【００４１】
さらに、制御ユニット２１は、電力スイッチング変換器１９が同時にスイッチングされないようにバランス回路１８を制御することが可能であり得る。
【００４２】
図４は、図３に示すバランス回路１８の実施形態の電界効果トランジスタ２２および２３のゲートに印加される駆動信号２４および２５の一例を示す。図４の上部は電界効果トランジスタ２２に印加される駆動信号２４を示し、図４の下部は電界効果トランジスタ２３に印加される駆動信号２５を示す。電池セル２および４において短絡が検出されない場合、電界効果トランジスタ２２および２３はオフにされる。いずれにせよ、図４に示すように、電界効果トランジスタ２２および２３は同時にはスイッチングされない。時刻ｔｓにおいて、不良電池セル２に短絡が検出される。短絡が検出された後、不良電池セル２専用の電界効果トランジスタ２２は交互にオンオフされ、電界効果トランジスタ２３は遅れて交互にオンオフされる。
【図１】
2020502973.tif 000003
【図２】
2020502973.tif 000004
【図３】
2020502973.tif 000005
【図４】
2020502973.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月17日(2019.6.17)
【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】
直列に接続された少なくとも２つの電池セル（２、４）を有する二次電池ユニット（３、１７）の内部短絡を有する不良電池セル（２）を放電させるためのシステム（１、１６）であって、
前記少なくとも２つの電池セル（２、４）をバランスさせるためのバランス回路（５、１８）と、
前記バランス回路（５、１８）を制御するための制御ユニット（９、２１）と、
前記少なくとも２つの電池セル（２、４）の少なくとも１つに短絡が存在するかどうかを検出するための少なくとも１つのセンサユニットと、を含み、
前記制御ユニット（９、２１）は、前記電池セル（２、４）に短絡が存在することの検出後、この短絡が存在する不良電池セル（２）の電荷を前記バランス回路（５、１８）により他の電池セル（４）に順次転送するように前記バランス回路（５、１８）を制御することができることを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記バランス回路（５）は、
各々が前記少なくとも２つの電池セル（２、４）のうちの１つに専用であり、かつ少なくとも１つのインダクタ（７）を共有する少なくとも２つの電力スイッチング変換器（６）と、
各々が前記少なくとも２つの電池セル（２、４）のうちの１つに専用であり、かつ各々が電荷電流が前記少なくとも２つの電池セル（２、４）のそれぞれを流れることを可能にする少なくとも２つのダイオード（８）と、を含み、
前記制御ユニット（９）は、前記電池セル（２、４）に短絡が存在することの検出後、前記不良電池セル（２）の電荷が前記他の電池セル（４）に転送されるように前記バランス回路（５）を制御することができ、
この転送先の前記他の電池セル専用の前記電力スイッチング変換器（６）は、前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６）と前記インダクタ（７）を共有している、
請求項１に記載のシステム（１）。
【請求項３】
前記制御ユニット（９）は、前記電池セル（２、４）に短絡が存在することの検出後、前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６）が、内部短絡が検出されない場合に提供されるスイッチングデューティとは異なる、変更されたスイッチングデューティで動作するように、および前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６）と前記インダクタ（７）を共有する前記他の電池セル専用の前記電力スイッチング変換器（６）がオフに保たれるように、前記バランス回路（５）を制御することができる、
請求項２に記載のシステム（１）。
【請求項４】
前記バランス回路（１８）は、各々が前記少なくとも２つの電池セル（２、４）のうちの１つに専用であり、かつ互いに誘導結合されている少なくとも２つの電力スイッチング変換器（１９）を含み、
前記制御ユニット（２１）は、前記電池セル（２、４）に短絡が存在することの検出後、前記不良電池セル（２）の電荷が前記他の電池セル（４）に転送されるように前記バランス回路（１８）を制御することができ、
この転送先の前記他の電池セル（４）専用の前記電力スイッチング変換器（１９）は、前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（１９）と誘導結合されている、
請求項１に記載のシステム（１６）。
【請求項５】
前記制御ユニット（９、２１）は、前記電池セル（２、４）に短絡が存在することの検出後、前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６、１９）のスイッチング周波数が放電期間にわたって一定であるように、または変化するように前記バランス回路（５、１８）を制御することができる、
請求項２から４のいずれか一項に記載のシステム（１、１６）。
【請求項６】
前記制御ユニット（９、２１）は、前記電力スイッチング変換器（６、１９）が同時にスイッチングされないように前記バランス回路（５、１８）を制御することができる、
請求項２から５のいずれか一項に記載のシステム（１、１６）。
【請求項７】
直列に接続された少なくとも２つの電池セル（２、４）および前記少なくとも２つの電池セル（２、４）をバランスさせるためのバランス回路（５、１８）を有する二次電池ユニット（３、１７）の内部短絡を有する不良電池セル（２）を放電させるための方法であって、
前記少なくとも２つの電池セル（２、４）のうちの少なくとも１つに短絡が存在するかどうかを検出するステップ、および、
前記電池セル（２、４）に短絡が存在することを検出した後、この短絡が存在する不良電池セル（２）の電荷を前記バランス回路（５、１８）によって他の電池セル（４）に順次転送するステップを含む、方法。
【請求項８】
前記不良電池セル（２）の電荷は、前記不良電池セル（２）専用の電力スイッチング変換器（６、１９）および前記他の電池セル（４）専用の電力スイッチング変換器（６、１９）を介して、２つの前記電力スイッチング変換器（６）によって共有されている少なくとも１つのインダクタ（７）によって、または２つの前記電力スイッチング変換器（１９）の誘導結合によって、前記不良電池セル（２）から前記他の電池セル（４）に転送される、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電池セル（２、４）に短絡が存在することの検出後、前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６、１９）は、内部短絡が検出されない場合に提供されるスイッチングデューティとは異なる、変更されたスイッチングデューティで動作し、
前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６）と前記インダクタ（７）を共有しているか、または前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（１９）と誘導結合している前記他の電池セル専用の前記電力スイッチング変換器（６、１９）がスイッチオフされたままである、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの電池セル（２、４）のうちの１つに短絡が存在することの検出後、前記不良電池セル（２）専用の前記電力スイッチング変換器（６、１９）のスイッチング周波数は放電期間にわたって一定であるか、または変化する、
請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
２つの前記電力スイッチング変換器（６、１９）は同時にスイッチングされない、
請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2020502973.tif 000007
2020502973.tif 000008
2020502973.tif 000009