特開 2021-170920 バッテリシステム、セルバランスプロシージャの制御方法およびバランス充電容量の計算方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-170920(P2021-170920A)

(43)【公開日】2021年10月28日

(54)【発明の名称】バッテリシステム、セルバランスプロシージャの制御方法およびバランス充電容量の計算方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20211001BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20211001BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20211001BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/02 H

   H01M10/48 P

   H01M10/44 Q

   H01M10/48 301

【審査請求】有

【請求項の数】19

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2021-22586(P2021-22586)

(22)【出願日】2021年2月16日

(31)【優先権主張番号】109112863

(32)【優先日】2020年4月16日

(33)【優先権主張国】TW

(71)【出願人】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】孫 建中

(72)【発明者】

【氏名】周 俊宏

(72)【発明者】

【氏名】陳 麒化

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA03

5G503BB02

5G503CA03

5G503CA11

5G503CC02

5G503EA05

5G503GD03

5G503HA03

5H030AA09

5H030AS06

5H030AS08

5H030BB02

5H030FF22

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

(57)【要約】

【課題】バッテリシステム、セルバランスプロシージャの制御方法およびバランス充電容量の計算方法を提供する。
【解決手段】前記バッテリシステムは、複数のバッテリユニットと、通信バスと、ホスト制御ユニットと、を備える。各バッテリユニットは、複数のセルと、絶縁充電器と、スイッチアレイ回路と、バランススレーブスイッチと、バランススレーブコントローラと、を備える。前記ホスト制御ユニットは、バランスホストコントローラと、バランスホストスイッチと、システム電流測定ユニットと、を備える。各バランススレーブコントローラによって計算されたバランス検出電圧と、前記バランスホストコントローラによって計算されたバランス検出電圧との誤差が所定の値よりも小さいとき、前記バランスホストスイッチと、対応する前記複数のバランススレーブスイッチとは伝導状態にあり、セルバランスを保つ目的のために、バッテリシステムの特定の複数のセルが充電される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリシステムであって、
複数のバッテリユニットであって、該複数のバッテリユニットのそれぞれは、
複数のセルと、
セルバランスプロシージャを実行するために、バランス充電容量を前記複数のセルのそれぞれに与えるように構成される絶縁充電器と、
前記複数のセルと前記絶縁充電器との間に配置されるスイッチアレイ回路と、
前記絶縁充電器とバランス電源との間に接続されるバランススレーブスイッチと、
バランス検出電圧を計算するように構成されるバランススレーブコントローラであって、前記バランス検出電圧は、前記バランス充電容量を計算するために使用され、前記バランススレーブコントローラは、前記スイッチアレイ回路を制御するようにさらに構成され、その結果、前記絶縁充電器は、前記複数のセルのうちの１つに対して前記セルバランスプロシージャを実行する、前記バランススレーブコントローラと、
を備える、前記複数のバッテリユニットと、
前記複数のバッテリユニットに接続される通信バスと、
ホスト制御ユニットと、を備え、
前記ホスト制御ユニットは、
前記通信バスに接続されるバランスホストコントローラであって、前記バランスホストコントローラと前記複数のバランススレーブコントローラとは、前記通信バスを介してバッテリ情報をインタラクティブに転送し、前記バランスホストコントローラは前記バランス検出電圧を計算するようにさらに構成される、前記バランスホストコントローラと、
前記バランス電源を制御するためのバランスホストスイッチであって、前記バランスホストコントローラによって制御される前記バランスホストスイッチと、
直列接続された前記複数のバッテリユニットを流れるシステム電流を測定し、前記システム電流に時間を乗ずることでシステム容量を得るように構成されたシステム電流測定ユニットと、
を備え、
前記複数のバッテリユニットの全てが起動条件を満たしたとき、前記バランスホストコントローラは、前記バランスホストスイッチをオンにして伝導状態にし、
各バッテリユニットの前記バランススレーブスイッチは、前記バランススレーブコントローラのそれぞれによって計算された前記バランス検出電圧と、前記バランスホストコントローラによって計算された前記バランス検出電圧との差が、所定の値よりも小さいとき、それに対応する前記バランススレーブコントローラによってオンにされて伝導状態となり、前記複数のバッテリユニットのうちの１つは、その前記バランススレーブスイッチと前記バランスホストスイッチとの両方がオンになり伝導状態となったとき、セルバランス電力を印加され、
前記セルバランスプロシージャが実行されており、かつ、前記バランスホストコントローラが前記バランススレーブコントローラからのデータパケット転送遅延を検出したとき、前記バランスホストコントローラは、前記バランスホストスイッチをオフにして非伝導状態とし、前記複数のバランススレーブコントローラのうちの１つが前記バランスホストコントローラからの前記データパケット転送遅延を検出したとき、前記バランススレーブコントローラはそれに対応する前記バランススレーブスイッチをオフにして非伝導状態とする、バッテリシステム。

【請求項2】

前記複数のスイッチアレイ回路のそれぞれは、
複数の接続スイッチであって、前記複数のセルのそれぞれの両端は、チャネルを形成するために、前記複数の接続スイッチのうちの２つに電気的に接続される、前記複数の接続スイッチと、
前記複数の接続スイッチに接続される、２つの回路バスと、
複数の極性スイッチであって、前記絶縁充電器と前記回路バスとの間に接続され、その結果、前記セルバランスプロシージャが実行されている前記複数のセルのそれぞれの両端と、前記絶縁充電器とが、対応する極性を有する、前記複数の極性スイッチと、
を備える、請求項１に記載のバッテリシステム。

【請求項3】

前記複数のバッテリユニットのそれぞれは、
複数のチャネルヒューズであって、前記複数の接続スイッチに接続され、前記複数の接続スイッチのうちの１つに例外が発生したとき、それに接続された前記複数のチャネルヒューズのうちの１つが溶断し、それに対応する前記チャネルを遮断して非伝導状態にする、前記複数のチャネルヒューズをさらに備える、請求項２に記載のバッテリシステム。

【請求項4】

前記複数のバッテリユニットのそれぞれは、前記絶縁充電器と前記スイッチアレイ回路との間に接続され、前記チャネルのそれぞれのバランス電流を測定するバランス電流測定ユニットをさらに備える、請求項３に記載のバッテリシステム。

【請求項5】

前記複数のバランススレーブコントローラはそれぞれ、前記バランス電流に従って、前記複数のチャネルヒューズのうちの１つが溶断しているか否かを判定する、請求項４に記載のバッテリシステム。

【請求項6】

前記複数のバランススレーブコントローラおよび前記バランスホストコントローラは、前記バッテリシステムが充電されたとき、前記バランス充電容量を計算する、請求項１に記載のバッテリシステム。

【請求項7】

前記複数のバランススレーブコントローラおよび前記バランスホストコントローラは、前記バッテリシステムが定常状態にあるとき、前記バランス充電容量を計算する、請求項１に記載のバッテリシステム。

【請求項8】

前記セルバランスプロシージャが完了し、前記複数のセルのうちの１つのセル電圧が目標電圧に到達せず、前記セル電圧と前記目標電圧との差が所定の範囲よりも大きいとき、それに対応する前記複数のバランススレーブコントローラのうちの１つは、それに接続された前記バランススレーブスイッチのうちの１つをオフにして非伝導状態にし、修復されるまで前記複数のセルのうちの前記１つを休止バランス状態に保つ、請求項１に記載のバッテリシステム。

【請求項9】

温度が前記セルバランスプロシージャ中に温度閾値に達したとき、前記バランスホストコントローラは、前記バランスホストスイッチをオフにして非伝導状態とし、前記バッテリシステムを、修復されるまで休止バランス状態に保つ、請求項１に記載のバッテリシステム。

【請求項10】

前記バッテリシステムの衝撃力が事前設定された衝撃値を超えたとき、前記バランスホストコントローラは、前記バランスホストスイッチをオフにして非伝導状態とし、修復されるまで前記バッテリシステムを休止バランス状態に保つ、請求項１に記載のバッテリシステム。

【請求項11】

バランス充電容量の計算方法であって、バッテリシステムの複数のセルをバランスさせるために、前記複数のセルのうちの１つに対して前記バランス充電容量が与えられ、前記複数のセルは、最大電圧および最小電圧を有し、前記計算方法は、
前記最大電圧がバランスリセット電圧まで上昇したとき、セルバランスプロシージャにおけるレジスタデータをリセットする工程と、
前記最大電圧がバランストリガ電圧まで上昇したとき、前記最大電圧と前記最小電圧との電圧差を計算する工程と、
前記複数のセルのうちの１つが定電流充電モードから定電圧充電モードまで充電しているときの充電電圧限界である、単セル定電圧充電設定値から、前記電圧差と安全率との積を減じることにより、バランス検出電圧を求める工程と、
前記最大電圧が前記バランス検出電圧まで上昇したときの、前記バッテリシステムのシステム容量を、第１の容量として記録する工程と、
前記複数のセルのうちのいずれか１つの電圧が、前記バランス検出電圧まで上昇したときの、前記バッテリシステムの前記システム容量を、第２の容量として記録する工程と、
前記第１の容量と前記第２の容量との差を計算し、前記バランス充電容量を求める工程と、
を含む、計算方法。

【請求項12】

前記バランストリガ電圧は、前記バランスリセット電圧よりも大きい、請求項１１に記載の計算方法。

【請求項13】

前記バランス検出電圧は、前記バランストリガ電圧よりも大きい、請求項１１に記載の計算方法。

【請求項14】

バッテリシステムのセルバランスプロシージャの制御方法であって、
前記バッテリシステムは、複数のバッテリユニットと、通信バスと、ホスト制御ユニットと、を備え、前記複数のバッテリユニットのそれぞれは、複数のセルと、絶縁充電器と、スイッチアレイ回路と、バランススレーブスイッチと、バランススレーブコントローラと、バランス電流測定ユニットと、を備え、前記絶縁充電器は、前記セルバランスプロシージャを実行するために、前記複数のセルのそれぞれにバランス充電容量を与えるように構成され、前記スイッチアレイ回路は、前記複数のセルと前記絶縁充電器との間に配置され、前記バランススレーブスイッチは、前記絶縁充電器とバランス電源との間に接続され、前記バランススレーブコントローラは、バランス検出電圧を計算するように構成され、前記バランス検出電圧は、前記バランス充電容量を計算するために用いられ、前記バランススレーブコントローラは、前記スイッチアレイ回路を制御するようにさらに構成され、その結果、前記絶縁充電器は、前記セルバランスプロシージャを前記複数のセルのうちの１つに対して実行し、前記バランス電流測定ユニットは、前記複数のセルのそれぞれの電流を測定し、前記バランス充電容量は、前記複数のセルのそれぞれの電流と時間との積であり、前記通信バスは、前記バランススレーブコントローラを介して前記複数のバッテリユニットに接続され、前記ホスト制御ユニットは、バランスホストコントローラと、システム電流測定ユニットと、バランスホストスイッチと、を備え、前記バランスホストコントローラは前記通信バスに接続され、前記バランスホストコントローラと前記バランススレーブコントローラとは、前記通信バスを介してバッテリ情報をインタラクティブに転送し、前記バランスホストコントローラは、システム電流と、システム容量と、前記バランス検出電圧とを計算するようにさらに構成され、前記バランスホストスイッチは、前記バランスホストコントローラに接続され、
前記制御方法は、
前記複数のバッテリユニットの全てが起動条件を満たしたとき、前記バランスホストコントローラにより前記バランスホストスイッチをオンにして伝導状態とする工程と、
前記バランススレーブコントローラにより計算された前記バランス検出電圧と、前記バランスホストコントローラにより計算された前記バランス検出電圧との差が所定の値よりも小さいとき、前記複数のバランススレーブスイッチのうちの１つをそれに対応する前記バランススレーブコントローラによりオンにして伝導状態とする工程と、
前記バランスホストコントローラが前記複数のバランススレーブコントローラからのデータパケット転送遅延を検出したとき、前記バランスホストコントローラにより前記バランスホストスイッチをオフにして非伝導状態とし、修復されるまで前記バッテリシステムを休止バランス状態に保つ工程と、
前記複数のバランススレーブコントローラが前記バランスホストコントローラからのデータパケット転送遅延を検出したとき、前記複数のバランススレーブスイッチのうちの１つをそれに対応する前記バランススレーブコントローラによりオフにして非伝導状態とし、修復されるまで前記バッテリシステムを前記休止バランス状態に保つ工程と、
を含む、制御方法。

【請求項15】

前記複数のバランススレーブコントローラと前記バランスホストコントローラとは、前記バッテリシステムが定常状態にあるとき、前記バランス充電容量を計算する、請求項１４に記載の制御方法。

【請求項16】

前記バッテリシステムが定常状態にあるとき、前記複数のバランススレーブコントローラと前記バランスホストコントローラとは、容量と開回路電圧との関係を記録したルックアップテーブルに従って、電圧が最大でない前記複数のセルのうちの１つの前記バランス充電容量を計算する、請求項１４に記載の制御方法。

【請求項17】

前記セルバランスプロシージャが完了し、かつ、前記複数のセルのうちの１つのセル電圧が目標電圧に到達せず、かつ、前記セル電圧と前記目標電圧との差が所定の範囲よりも小さいとき、前記複数のバランススレーブスイッチのうちの１つを、それに接続された前記複数のバランススレーブコントローラによりオフにして非伝導状態とし、修復されるまで前記複数のセルのうちの前記１つを休止バランス状態に保つ工程をさらに含む、請求項１４に記載の制御方法。

【請求項18】

前記セルバランスプロシージャ中に温度が温度閾値に達したとき、前記バランスホストスイッチを前記バランスホストコントローラによってオフにして非伝導状態とし、修復されるまで前記バッテリシステムを休止バランス状態に保つ工程をさらに含む、請求項１４に記載の制御方法。

【請求項19】

前記バッテリシステムの衝撃力が事前設定された衝撃値を超えたとき、前記バランスホストスイッチを前記バランスホストコントローラによりオフにして非伝導状態とし、修復されるまで前記バッテリシステムを休止バランス状態に保つ工程をさらに含む、請求項１４に記載の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、全体として、バッテリシステム、セルバランスプロシージャの制御方法およびバランス充電容量の計算方法に関する。

【背景技術】

【0002】

大気汚染の問題がますます注意を集めている。石油化学エネルギーを置き換えようとする要請が、バッテリパックが鍵となる不可欠な構成要素である、石油‐電気ハイブリッドまたは純電気の自動車産業の発展に拍車をかけてきた。現在、バッテリシステムの多くは、体積および出力電圧の小さい直列および並列のセルで構成されている。実際の用途では、電気化学的特性の非線形特性およびセル間の内部抵抗のために、動作環境条件はまた、セルに異なる電気的特性をもたらす。これらのセルが直列または並列に使用される場合、一部のセルでは充電中に過充電されている可能性がある一方、一部のセルでは十分な充電がなされない。過充電や過放電を長時間おこなうと、バッテリシステムに予期せぬ消耗が生じ、セルの劣化を速め、それにより、バッテリシステムの安全性および耐用年数を低下させる。上記の現象は、一般的なバッテリ管理システムの分野では、バッテリシステムバランス（平衡）問題またはバッテリシステムイコライゼーション（均等化）問題と呼ばれている。

【0003】

バッテリの耐久性を高めるために、バッテリ管理システムではバランシング技術を使用することがある。バランシング技術（イコライゼーション技術とも呼ばれる）の主な目的は、別々の回路を使用し、直列または並列セルの使用中に、バッテリシステムのセルを充電および放電することである。セル間の容量または電圧差は、可能な限り低減されるべきである。バランシング技術は、非放散（non-dissipative）（アクティブ）バランシング技術または放散（dissipative）（パッシブ）バランシング技術に分類することができる。アクティブ・バランシング技術では、コンデンサやインダクタなどのエネルギー蓄積素子を使用して、異なるセル間でエネルギーを移動させる。一方、パッシブ・バランシング技術では、抵抗器を使用し、さまざまなセルを放電させる。関連技術の１つは、「Performance Evaluation of Modularized Global Equalization System for Lithium-Ion Battery Packs, Feng Ju, Weiwen Deng and Jingshan Li, IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATION SCIENCE AND ENGINEERING, VOL. 13, NO. 2, APRIL 2016, p. 986-996.」に記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Feng Ju, Weiwen Deng and Jingshan Li, Performance Evaluation of Modularized Global Equalization System for Lithium-Ion Battery Packs, IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATION SCIENCE AND ENGINEERING, VOL. 13, NO. 2, APRIL 2016, p. 986-996.

【発明の概要】

【0005】

本開示は、バッテリシステム、セルバランスプロシージャの制御方法、およびバランス充電容量の計算方法を対象とする。

【0006】

一実施形態によれば、バッテリシステムが提供される。前記バッテリシステムは、複数のバッテリユニットと、通信バスと、ホスト制御ユニットと、を備える。前記複数のバッテリユニットのそれぞれは、複数のセルと、絶縁充電器と、スイッチアレイ回路と、バランススレーブスイッチと、バランススレーブコントローラと、を備える。前記絶縁充電器は、セルバランスプロシージャを実行するために、バランス充電容量を前記複数のセルのそれぞれに与えるように構成される。前記スイッチアレイ回路は、前記複数のセルと前記絶縁充電器との間に配置される。前記バランススレーブスイッチは、前記絶縁充電器とバランス電源との間に接続される。前記バランススレーブコントローラは、バランス検出電圧を計算するように構成される。前記バランス検出電圧は、前記バランス充電容量を計算するために使用される。前記バランススレーブコントローラは、前記スイッチアレイ回路を制御するようにさらに構成され、その結果、前記絶縁充電器は、前記複数のセルのうちの１つに対して前記セルバランスプロシージャを実行する。前記通信バスは、前記複数のバッテリユニットに接続される。前記ホスト制御ユニットは、バランスホストコントローラと、バランスホストスイッチと、システム電流測定ユニットと、を備える。前記バランスホストコントローラは、前記通信バスに接続される。前記バランスホストコントローラと前記複数のバランススレーブコントローラとは、前記通信バスを介してバッテリ情報をインタラクティブに（双方向的に）転送し、前記バランスホストコントローラは、前記バランス検出電圧を計算するようにさらに構成される。前記バランスホストスイッチは、前記バランス電源を制御するためのものであり、前記バランスホストスイッチは、前記バランスホストコントローラによって制御される。前記システム電流測定ユニットは、直列接続された前記複数のバッテリユニットを流れるシステム電流を測定し、前記システム電流に時間を乗ずることでシステム容量を得るように構成される。前記複数のバッテリユニットの全てが起動条件を満たしたとき、前記バランスホストコントローラは、前記バランスホストスイッチをオンにして伝導状態にする。各バッテリユニットの前記バランススレーブスイッチは、前記バランススレーブコントローラによって計算された前記バランス検出電圧と、前記バランスホストコントローラによって計算された前記バランス検出電圧との差が、所定の値よりも小さいとき、それに対応する前記バランススレーブコントローラによってオンされて伝導状態となる。前記複数のバッテリユニットのうちの１つは、その前記バランススレーブスイッチと前記バランスホストスイッチとの両方がオンになり伝導状態となったとき、セルバランス電力を印加される。前記セルバランスプロシージャが実行されており、かつ、前記バランスホストコントローラが前記バランススレーブコントローラからのデータパケット転送遅延を検出したとき、前記バランスホストコントローラは、前記バランスホストスイッチをオフにして非伝導状態とする（前記バランス電源からの供給を遮断することに相当する）。前記複数のバランススレーブコントローラのうちの１つが、前記バランスホストコントローラからの前記データパケット転送遅延を検出したとき、前記バランススレーブコントローラは、それに対応する前記バランススレーブスイッチをオフにして非伝導状態とする（前記絶縁充電器に対して、前記バランス電源からの供給を遮断することに相当する）。

【0007】

別の実施形態によれば、バランス充電容量の計算方法が提供される。バッテリシステムの複数のセルをバランスさせるために、前記バランス充電容量が、前記（複数の）セルのうちの１つに対して提供される。前記（複数の）セルは、最大電圧および最小電圧を有する。前記計算方法は、以下の工程を含む。前記セルバランスプロシージャのレジスタデータは、前記最大電圧がバランスリセット電圧まで上昇したとき、リセットされる。前記最大電圧と前記最小電圧との電圧差は、前記最大電圧がバランストリガ電圧まで上昇したとき、計算される。バランス検出電圧は、単セル定電圧充電設定値から、前記電圧差と安全率との積を差し引くことで、得られる。前記単セル定電圧充電設定値は、前記セルが定電流充電モード（constant current charging mode）（ＣＣモード）から定電圧充電モード（constant voltage charging mode）（ＣＶモード）まで充電しているときの、充電電圧限界である。前記バッテリシステムのシステム容量は、前記最大電圧が前記バランス検出電圧まで上昇したとき、第１の容量として記録される。前記バッテリシステムの前記システム容量は、前記（複数の）セルのうちのいずれか１つの電圧が前記バランス検出電圧を上昇させたとき、第２の容量として記録される。前記第１の容量と前記第２の容量との差を計算し、前記バランス充電容量を求める。

【0008】

代替実施形態によれば、バッテリシステムのセルバランスプロシージャの制御方法が提供される。前記バッテリシステムは、複数のバッテリユニットと、通信バスと、ホスト制御ユニットと、を備える。前記（複数の）バッテリユニットのそれぞれは、複数のセルと、絶縁充電器と、スイッチアレイ回路と、バランススレーブスイッチと、バランススレーブコントローラと、バランス電流測定ユニットと、を備える。前記絶縁充電器は、前記セルバランスプロシージャを実行するために、前記（複数の）セルのそれぞれにバランス充電容量を与えるように構成される。前記スイッチアレイ回路は、前記（複数の）セルと前記絶縁充電器との間に配置される。前記バランススレーブスイッチは、前記絶縁充電器とバランス電源との間に接続される。前記バランススレーブコントローラは、バランス検出電圧を計算するように構成される。前記バランス検出電圧は、前記バランス充電容量を計算するために用いられる。前記バランススレーブコントローラは、前記スイッチアレイ回路を制御するようにさらに構成され、その結果、前記絶縁充電器は、前記（複数の）セルのうちの１つに対して前記セルバランスプロシージャを実行する。前記バランス電流測定ユニットは、前記（複数の）セルのそれぞれの電流を測定する。前記バランス充電容量は、前記（複数の）セルのそれぞれの電流と時間との積である。前記通信バスは、前記バランススレーブコントローラを介して前記（複数の）バッテリユニットに接続される。前記ホスト制御ユニットは、バランスホストコントローラと、システム電流測定ユニットと、バランスホストスイッチと、を備える。前記バランスホストコントローラは、前記通信バスに接続される。前記バランスホストコントローラと前記バランススレーブコントローラとは、前記通信バスを介してバッテリ情報をインタラクティブに（双方向的に）転送する。前記バランスホストコントローラは、システム電流と、システム容量と、前記バランス検出電圧とを計算するようにさらに構成される。前記バランスホストスイッチは、前記バランスホストコントローラに接続される。前記制御方法は、以下の工程を含む。前記バランスホストコントローラは、前記（複数の）バッテリユニットの全てが起動条件を満たしたとき、前記バランスホストスイッチをオンにして伝導状態とする。前記バランススレーブコントローラによって計算された前記バランス検出電圧と、前記バランスホストコントローラによって計算された前記バランス検出電圧との差が、所定の値よりも小さいとき、各バランススレーブコントローラは、それに対応する前記バランススレーブスイッチをオンして伝導状態とする。前記バランスホストコントローラが前記（複数の）バランススレーブコントローラからのデータパケット転送遅延を検出したとき、前記バランスホストコントローラは、前記バランスホストスイッチをオフにして非伝導状態とし、修復されるまで前記バッテリシステムを休止バランス状態に保つ。前記バランススレーブコントローラが前記バランスホストコントローラからの前記データパケット転送遅延を検出したとき、各バランススレーブコントローラは、その（複数の）バランススレーブスイッチをオフにして非伝導状態とし、修復されるまで前記バッテリシステムを前記休止バランス状態に保つ。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】非バランス容量の概略図である。

【図1B】複数のセルが直列接続される一実施形態によるセルバランスプロシージャの概略図である。

【図2】一実施形態によるバッテリシステムの概略図である。

【図3A】一実施形態によるスイッチアレイ回路の詳細な構造を示す概略図である。

【図3B】別の実施形態によるスイッチアレイ回路の詳細な構造を示す概略図である。

【図4】バランス充電容量の概略図である。

【図5A】低バランス検出電圧および高バランス検出電圧の概略図である。

【図5B】低バランス検出電圧に従って最小電圧のセル上で実行される、セルバランスプロシージャを示す概略図である。

【図5C】高バランス検出電圧に従って最小電圧のセル上で実行される、セルバランスプロシージャを示す概略図である。

【図6】一実施形態によるバランス充電容量の計算方法を示すフローチャートである。

【図7A】バランス充電容量の第１の計算の概略図である。

【図7B】バランス充電容量の第２の計算の概略図である。

【図8】一実施形態による開回路電圧の曲線である。

【図9A】一実施形態による、ホスト制御ユニットのセルバランスプロシージャの制御方法のフローチャートである。

【図9B】一実施形態による、ホスト制御ユニットのセルバランスプロシージャの制御方法のフローチャートである。

【図9C】一実施形態による、ホスト制御ユニットのセルバランスプロシージャの制御方法のフローチャートである。

【図9D】一実施形態による、ホスト制御ユニットのセルバランスプロシージャの制御方法のフローチャートである。

【図10A】一実施形態による、バッテリユニットのセルバランスプロシージャの制御方法のフローチャートである。

【図10B】一実施形態による、バッテリユニットのセルバランスプロシージャの制御方法のフローチャートである。

【図10C】一実施形態による、バッテリユニットのセルバランスプロシージャの制御方法のフローチャートである。

【図10D】一実施形態による、バッテリユニットのセルバランスプロシージャの制御方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下の詳細な説明において、説明のために、開示された（複数の）実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載される。しかしながら、これらの特定の詳細なしに、１つ以上の実施形態が実施されてもよいことは明らかであろう。他の例では、図面を簡略化するために、周知の構造およびデバイスが概略的に示されている。

【0011】

図１Ａを参照されたい。図１Ａは、非バランス容量の概略図である。図１Ａの斜線陰影領域に示されるように、４つのセルの特性はすべて同じであり、直列に使用される。しかしながら、セルの一様でない残存容量および自己放電のために、バッテリシステムの（複数の）セルの一様でない電圧が生じる。従って、充電プロセスの間、より大きい容量をもつセルの電圧は、他よりも大きい。セルが過充電状態になると、セルの熱暴走または劣化の加速のような、安全と劣化の問題につながる可能性がある。放電プロセスの間、バッテリシステム全体は、最小電圧をもつセルの残存容量に等しい容量しか解放できず、その結果、バッテリシステムのセルに対する容量損失の程度が変化する。

【0012】

図１Ｂを参照されたい。図１Ｂは、複数のセルが直列接続される一実施形態によるセルバランスプロシージャの概略図である。一般に、セルは定電流充電モード（ＣＣ充電モード）で充電される。セルの電圧が所定の電圧に達すると、定電流充電モードから定電圧充電モード（ＣＶ充電モード）へと切り替わる。この充電方式は、一般にＣＣ−ＣＶ充電方式と呼ばれている。単セル定電圧充電設定値ＣＶ０は、セルが定電流充電モードから定電圧充電モードまで充電しているときの、充電電圧限界値である。例えば、ＮＣＭ材料のセルの単セル定電圧充電設定値ＣＶ０は、４．１Ｖ〜４．２Ｖの間である。同様に、直列接続された複数のセルから構成されるバッテリシステムについては、バッテリシステム定電圧充電設定値は、一般に、単セル定電圧充電設定値ＣＶ０とバッテリシステムのセルの個数との積である。例えば、単セル定電圧充電設定値ＣＶ０を４．１Ｖ、バッテリシステムの直列接続セル数を１００個とすると、バッテリシステム定電圧充電設定値は４１０Ｖとなる。図１Ｂの上段図に示すように、劣化によってセルの容量が一様でなくなる場合、または、セル間の電圧差が大きい場合には、バッテリシステムの電圧がバッテリシステム定電圧充電設定値に達したときに、セルの電圧がばらつき、単セル定電圧充電設定値ＣＶ０に収束しない。

【0013】

図１Ｂの下段図に示されるように、充電バランス法の場合、バランス充電容量Ｑａｂ（図７Ａに示される）は、セルバランスプロシージャ中に電圧が最大ではないセルに与えられる。放電バランス法の場合、電圧が最小でないセルはバランス充電容量Ｑａｂで放電される。充電バランス法では、（複数の）セルの電圧が（複数の）セルの最大電圧に近づくことができるように、絶縁した充電器は、電圧が最大でないセルにバランス充電容量を与える。放電バランス法では、（複数の）セルの電圧が（複数の）セルの最小電圧に近づくことができるように、抵抗は、電圧が最小でないセルの容量を消費するために使用される。したがって、バッテリシステムをバッテリシステム定電圧充電設定値まで充電する場合には、各セルが単セル定電圧充電設定値ＣＶ０に達するとき、（複数の）セル間の電圧差は小さい方が良い。言い換えれば、バッテリシステムの（複数の）単セル定電圧充電設定値ＣＶ０が互いに近似している場合、バッテリシステムがＣＶ充電モードで充電しているとき、バッテリシステムのセルは、過充電、熱暴走および劣化の加速のリスクを回避することができ、バッテリシステムは、バッテリシステムの実効容量を改善することができる。

【0014】

図２を参照されたい。図２は、一実施形態による、バッテリシステム１０００の概略図である。バッテリシステム１０００は、複数のバッテリユニット１００と、通信バス２００と、ホスト制御ユニット３００と、バランス電源４００と、を備える。バッテリユニット１００の各々は、複数のセル１１０と、絶縁充電器１２０と、スイッチアレイ回路１３０と、バランススレーブスイッチ１４０と、バランススレーブコントローラ１５０と、複数のチャネルヒューズ１６０と、バランス電流測定ユニット１７０と、を備える。絶縁充電器１２０、スイッチアレイ回路１３０、バランススレーブスイッチ１４０、バランススレーブコントローラ１５０、チャネルヒューズ１６０およびバランス電流測定ユニット１７０は、回路、チップまたは回路基板であってもよい。これらの各素子の機能は、下記の通りに説明される。

【0015】

絶縁充電器１２０は、セル１１０のセルバランスプロシージャを実行するように構成される。絶縁充電器１２０は、バランス充電容量Ｑａｂ（図７Ａに示される）を（複数の）セル１１０のうちの１つに与えることができ、（複数の）セル１１０の全てを電圧バランスへ向かわせることができる。

【0016】

スイッチアレイ回路１３０は、セル１１０と絶縁充電器１２０との間に配置される。スイッチアレイ回路１３０は、絶縁充電器１２０の正極および負極を（複数の）セル１１０のうちの１つに接続するために使用される。スイッチアレイ回路１３０の詳細構造は、図３Ａ〜３Ｂに図示されている。

【0017】

バランススレーブスイッチ１４０は、絶縁充電器１２０とバランス電源４００との間に接続される。バランススレーブコントローラ１５０は、絶縁充電器１２０、スイッチアレイ回路１３０およびバランススレーブスイッチ１４０に接続される。バランススレーブスイッチ１４０は、バランススレーブコントローラ１５０によって制御される。バランススレーブスイッチ１４０がオフになり非伝導状態となると、絶縁充電器１２０はセルバランスプロシージャを実行することができない。

【0018】

バランススレーブコントローラ１５０は、バランス検出電圧Ｖ２を計算するように構成される。バランス検出電圧Ｖ２は、バランス充電容量Ｑａｂの計算に用いられる（詳細な計算については図４〜図６で説明する）。バランススレーブコントローラ１５０はさらに、スイッチアレイ回路１３０を制御するように構成され、これにより、絶縁充電器１２０は、セルバランスプロシージャを実行するために、（複数の）セル１１０のうちの１つの容量を補うことができる。

【0019】

チャネルヒューズ１６０は、（複数の）セル１１０とスイッチアレイ回路１３０との間に配置される。スイッチアレイ回路１３０で短絡などの異常が発生すると、チャネルヒューズ１６０は溶断し、セル１１０に接続されたチャネルを自動的に遮断する。

【0020】

バランス電流測定ユニット１７０は、絶縁充電器１２０とスイッチアレイ回路１３０との間に接続される。バランス電流測定ユニット１７０は、セル１１０の一つのチャネルのバランス電流Ｉ１を測定し、バランススレーブコントローラ１５０が（複数の）セル１１０のそれぞれのバランス充電容量Ｑａｂを計算するのを補助し、各セル１１０に対するバランス電源のスイッチング動作を制御するために、使用される。

【0021】

通信バス２００は、バッテリユニット１００のバランススレーブコントローラ１５０およびホスト制御ユニット３００に接続される。通信バス２００は、相互保護のために、バッテリユニット１００とホスト制御ユニット３００との間での双方向通信を可能にするために使用される。

【0022】

ホスト制御ユニット３００は、バランスホストコントローラ３１０と、バランスホストスイッチ３２０と、プロセッサ３３０と、システム電流測定ユニット３４０と、を備える。バランスホストコントローラ３１０、バランスホストスイッチ３２０、プロセッサ３３０およびシステム電流測定ユニット３４０は、回路、チップまたは回路基板であってもよい。これらの素子の詳細は、下記の通りに示される。

【0023】

システム電流測定ユニット３４０は、（複数の）バッテリユニット１００が直列接続されたバッテリシステム１０００の負極と出力との間に接続され、バッテリシステム１０００の（複数の）バッテリユニット１００を通過する、システム電流を測定するように構成される。システム電流と時間との積は、セルバランスプロシージャ中に、（複数の）セル１１０の各々の充電（または放電）容量を計算するために使用される、システム容量である。バランスホストコントローラ３１０は、通信バス２００およびバランスホストスイッチ３２０に接続される。バランスホストコントローラ３１０およびバランススレーブコントローラ１５０は、通信バス２００を介して、バッテリ情報をインタラクティブに（双方向的に）転送する。また、バランスホストコントローラ３１０は、バランス検出電圧Ｖ２を計算する。それは、（複数の）バランススレーブコントローラ１５０のそれぞれとバランスホストコントローラ３１０とが、同時にバランス検出電圧Ｖ２を計算することを意味する。一般的な場合には、バランススレーブコントローラ１５０によって計算されるバランス検出電圧Ｖ２と、バランスホストコントローラ３１０によって計算されるバランス検出電圧Ｖ２とは、かなり近いものとなる。

【0024】

バランスホストスイッチ３２０は、バランス電源４００を制御する。詳細には、バランスホストスイッチ３２０は、バランス電源４００とバランススレーブスイッチ１４０との間に接続され、バランスホストスイッチ３２０は、バランスホストコントローラ３１０によって制御される。バランスホストスイッチ３２０がオフになり非伝導状態となると、セルバランスプロシージャは中止される。

【0025】

バランスホストスイッチ３２０の遮断機能が故障した場合には、セルバランスプロシージャを中止することができない。その結果、バッテリシステム１０００のセル１１０が熱暴走するまで過充電している、というリスクが生じる可能性がある。この実施形態のバッテリシステム１０００は、演算の分散化、ホストおよびスレーブ間の双方向通信を採用することで、ハードウェアおよびソフトウェアの相互保護設計を実装し、セルバランスプロシージャを実行する際にセルが過充電されるリスクおよびダメージを回避する。

【0026】

本実施形態において、全てのバッテリユニット１００が起動条件（図９Ａ〜図１０Ｄに図示）を満たすと、バランスホストコントローラ３１０は、バランスホストスイッチ３２０をオンにして、伝導状態とする。

【0027】

（複数の）バランススレーブコントローラ１５０のうちの１つによって計算されたバランス検出電圧Ｖ２と、バランスホストコントローラ３１０によって計算されたバランス検出電圧との差が所定値より小さいとき、バランススレーブコントローラ１５０は、対応するバランススレーブスイッチ１４０をオンにして、伝導状態とする。バランスホストスイッチ３２０およびバランススレーブスイッチ１４０がオンになり伝導状態となった場合に限り、セルバランス電力をバッテリユニット１００の対応する絶縁充電器１２０に供給して、セルバランスプロシージャのためのバランス電流を提供することができる。さらに、バランスホストコントローラ３１０および（複数の）バランススレーブコントローラ１５０は、バランス検出電圧Ｖ２を個々に計算することに注意されたい。

【0028】

セルバランスプロシージャが実行されており、かつ、バランスホストコントローラ３１０がデータパケット転送遅延を検出したとき（例えば、ある期間に受信ブロードキャストデータパケットがないとき）、バランスホストコントローラ３１０は、バランスホストスイッチ３２０をオフにして非伝導状態となり、バッテリシステム１０００を修復されるまで休止バランス状態に保つ。（複数の）バランススレーブコントローラ１５０のうちの１つがデータパケット転送遅延を検出すると、バランススレーブコントローラ１５０は、対応するバランススレーブスイッチ１４０をオフにして非伝導状態にし、バッテリシステム１０００を修復されるまで休止バランス状態に保つ。当該休止バランス状態は、通信状態が正常になると解除される。データパケット変換が正常に戻ると、バランスホストコントローラ３１０およびバランススレーブコントローラ１５０は実行状態に戻り、バランスホストスイッチ３２０およびバランススレーブスイッチ１４０はオンとなって再伝導状態となり、セルバランスプロシージャを継続する。

【0029】

ホスト制御ユニット３００およびバッテリユニット１００は、情報を交換し、同じ計算を実行する。（複数の）バッテリユニット１００から情報および回答データパケットを受信し、全てのバッテリユニット１００が起動条件を満たしていることを確認すると、ホスト制御ユニット３００はバランスホストスイッチ３２０をオンして伝導状態とし、セルバランスプロシージャの開始コマンドを（複数の）バッテリユニット１００に送信する。

【0030】

そして、バッテリユニット１００によって計算されたバランス検出電圧Ｖ２と、ホスト制御ユニット３００で計算されたバランス検出電圧Ｖ２との差が所定値よりも小さいとき（つまり、（複数の）バッテリユニット１００とホスト制御ユニット３００との計算結果がほぼ同じであり、かつ、それがバランスホストコントローラ３１０の情報に対応し、かつ、（複数の）スレーブコントローラ１５０が同期しているとき）、ホスト制御ユニット３００からのバランスプロシージャの開始コマンドを受信すると、（複数の）バランススレーブコントローラ１５０は、セルバランスプロシージャを起動する。

【0031】

ホスト制御ユニット３００は、（複数の）バッテリユニット１００からの周期的なブロードキャスト情報を確認し、各バッテリユニット１００は、ホスト制御ユニット３００からの周期的なブロードキャスト情報を確認する。周期的なブロードキャスト情報が異常であり、タイムアウト設定に達したことを、いずれかのパーティが発見した場合、それは、セルバランスプロシージャの休止コマンドをトリガして、対応するスイッチをオフにして非伝導状態とし、絶縁充電器１２０へのバランス電力の供給を中断する。従って、バランスホストコントローラ３１０が故障し、伝導状態のままであるとき、バッテリユニット１００のバランススレーブコントローラ１５０は、なおもセルバランスプロシージャを休止することができる。逆に、バランススレーブコントローラ１５０が故障し、伝導状態のままであるとき、バランスホストコントローラ３１０は、なおもセルバランスプロシージャを休止することができる。

【0032】

以上の特性に基づいて、ホスト制御ユニット３００および（複数の）バッテリユニット１００は、ハードウェアおよびソフトウェアの相互保護機能を有している。

【0033】

ハードウェア相互保護機能は、ホスト制御ユニット３００のバランスホストスイッチ３２０および（複数の）バッテリユニット１００の（複数の）バランススレーブスイッチ１４０によって確立される。バランスホストスイッチ３２０は、バランスホストコントローラ３１０によって制御され、バランススレーブスイッチ１４０は、バランススレーブコントローラ１５０によって制御される。ホスト制御ユニット３００およびバッテリユニット１００が、それぞれバランスホストスイッチ３２０およびバランススレーブスイッチ１４０をオンにして、同時に伝導状態にする場合に限り、セルバランスプロシージャは正常に実行される。したがって、ホスト制御ユニット３００と各バッテリユニット１００との間には、ハードウェア相互保護機能がある（ソフトウェア保護が必要である）。

【0034】

スイッチアレイ回路１３０の詳細な構造については、以下でさらに説明する。図３Ａを参照されたい。図３Ａは、一実施形態によるスイッチアレイ回路１３０の詳細な構造を示す概略図である。（複数の）スイッチアレイ回路１３０の各々は、複数の接続スイッチ１３１と、２つの回路バス１３２、１３３と、複数の極性スイッチ１３４、１３５、１３６、１３７と、を備える。（複数の）セル１１０のそれぞれの２つの端部（両端）は、２つの接続スイッチ１３１に接続されて、チャネルを形成する。回路バス１３２、１３３は、（複数の）接続スイッチ１３１に接続される。（複数の）極性スイッチ１３４、１３５、１３６、１３７は、絶縁充電器１２０と回路バス１３２、１３３との間に接続されており、これにより、セルバランスプロシージャが実行されるセル１１０の２つの端部と、絶縁充電器１２０とが対応する極性を有するようになっている。例えば、左から１番目のセル１１０がセルバランスプロシージャを実行される必要があるとき、左から１番目と２番目の接続スイッチ１３１をオンして伝導状態とすることができる。このとき、回路バス１３２は、負に帯電し、回路バス１３３は正に帯電する。回路バス１３２は、オンになり伝導状態となった極性スイッチ１３５を介して、絶縁充電器１２０の負極に接続される。回路バス１３３は、オンになり伝導状態となった極性スイッチ１３６を介して、絶縁充電器１２０の正極に接続される。その結果、左から１番目のセル１１０の負極は、絶縁充電器１２０の負極に接続される。そして、左から２番目のセル１１０がセルバランスプロシージャを実行される必要があるときには、左から２番目と３番目の接続スイッチ１３１と、極性スイッチ１３４、１３７とがオンになり伝導状態となる。その結果、左から２番目のセル１１０の正極は、絶縁充電器１２０の正極に接続され、左から２番目のセル１１０の負極は、絶縁充電器１２０の負極に接続される。

【0035】

図３Ｂを参照されたい。図３Ｂは、別の実施形態による、スイッチアレイ回路１３０´の詳細な構造を示す概略図である。スイッチアレイ回路１３０´の各々は、複数の接続スイッチ１３１´と、複数の接続スイッチ１３２´と、を備える。（複数の）接続スイッチ１３１´は、（複数の）セル１１０の負極および絶縁充電器１２０の負極に接続される。接続スイッチ１３２´は、（複数の）セル１１０の正極および絶縁充電器１２０の正極に接続される。（複数の）セル１１０のそれぞれの２つの端部は、（複数の）接続スイッチ１３１´のうちの１つおよび（複数の）接続スイッチ１３２´のうちの１つに接続され、チャネルを形成する。例えば、左から１番目のセル１１０がセルバランスプロシージャを実行される必要があるとき、接続スイッチ１３１´は左から、接続スイッチ１３２´は左から、オンになり伝導状態となる。その結果、左から１番目のセル１１０の正極は、絶縁充電器１２０の正極に接続され、左から１番目のセル１１０の負極は絶縁充電器１２０の負極に接続される。そして、左から２番目のセル１１０がセルバランスプロシージャを実行される必要があるときには、接続スイッチ１３１´は左から、接続スイッチ１３２´は左から、オンになり伝導状態となる。その結果、左から２番目のセル１１０の正極は、絶縁充電器１２０の正極に接続され、左から２番目のセル１１０の負極は、絶縁充電器１２０の負極に接続される。

【0036】

加えて、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、安全性を向上させるために、本実施形態では、（複数の）チャネルヒューズ１６０が使用される。図３Ａに示すように、（複数の）チャネルヒューズ１６０は、（複数の）接続スイッチ１３１に接続される。対応する接続スイッチ１３１が異常であるとき（例えば、任意のスイッチアレイ回路１３０または接続スイッチ１３１が故障し、伝導状態を維持し切断することができないとき）、（複数の）チャネルヒューズ１６０のそれぞれは溶断し、バランス電流チャネルを遮断する。図３Ｂに示すように、（複数の）チャネルヒューズ１６０は、（複数の）接続スイッチ１３１´、１３２´に接続される。対応する接続スイッチ１３１´、１３２´が異常であるとき（例えば、任意の接続スイッチ１３１´、１３２´が故障し、伝導状態を維持し切断することができないとき）、（複数の）チャネルヒューズ１６０のそれぞれは溶断し、バランス電流チャネルを遮断する。各バランススレーブコントローラ１５０は、（複数の）チャネルヒューズ１６０が溶断しているか否かを、バランス電流Ｉ１によって確認することができる。

【0037】

さらに、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、セルバランスプロシージャの精度を向上させるために、本実施形態では、バランス電流測定ユニット１７０が使用される。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、バランス電流測定ユニット１７０は、絶縁充電器１２０とスイッチアレイ回路１３０との間に接続される。バランス電流測定ユニット１７０は、各チャネルのバランス電流Ｉ１を測定し、（複数の）セル１１０のそれぞれのバランス電流を求めるために用いられる。バランススレーブコントローラ１５０の内蔵タイマ機能により、バランス充電容量は、セル１１０のバランス電流と時間との積として定義され、（複数の）セル１１０の各々のバランス充電容量（または放電容量）を正確に計算することができる。充電バランスを例にとると、絶縁充電器１２０は、セル１１０がバランス充電容量Ｑａｂに達するまで、バッテリユニット１００のセル１１０に対して、バランス電流を次々に供給する。バランス充電シーケンスは、最小電圧のセルから最大電圧のセルへと続くものである。

【0038】

バランス充電容量Ｑａｂは、セルバランスプロシージャにおいて、より小さな電圧を有する（複数の）セルのうちの１つに補充される容量であり、それにより、バッテリシステム１０００の（複数の）セル１１０の電圧がバランスする。以下、バランス充電容量Ｑａｂの計算方法について説明する。この実施形態では、バッテリシステム１０００が充電中であり、かつ、対応する条件が満たされる場合に、バランススレーブコントローラ１５０またはバランスホストコントローラ３１０は、システム電流測定ユニット３４０を通して、バランス充電容量Ｑａｂを計算する。図４を参照されたい。図４は、バランス充電容量Ｑａｂの概略図である。図４の上段図に示すように、２つのセル１１０が直列接続されたバッテリシステム１０００が示されている。いま、バッテリシステム１０００において、Ａセル１１０は最大電圧を有し、その電圧曲線が図４の曲線Ｂ１であり、Ｂセル１１０はより小さな電圧を有し、その電圧曲線は図４の曲線Ｂ２であると仮定する。バッテリシステム１０００におけるＡセル１１０の電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇すると、バッテリシステム１０００は、システム電流測定ユニット３４０を通して、充電容量を第１容量Ｑａとして記録する。充電容量が増加し続けるにつれて、Ｂセル１１０の電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇すると、第２容量Ｑｂが記録される。

【0039】

第２容量Ｑｂと第１容量Ｑａとの容量差は、セルバランスプロシージャにおいてＢセル１１０が充電する必要がある、バランス充電容量Ｑａｂである。

【0040】

図４の下段図に示すように、バランス充電容量Ｑａｂが絶縁充電器１２０を介してＢセル１１０に充電された後、Ｂセル１１０の電圧曲線Ｂ２は、左にシフトして電圧曲線Ｂ２´となり、電圧曲線Ｂ２と電圧曲線Ｂ１とは、点Ｐ１で一致する。それは、Ａセル１１０とＢセル１１０との電圧が、バランス検出電圧Ｖ２において重なり合うことを意味する。充電が継続した後、Ａセル１１０およびＢセル１１０の電圧は、非常に小さな差を保ちながら上昇を続け、バッテリシステム１０００の各セル１１０は、定電圧充電設定値ＣＶ０にほぼ同時に到達する。

【0041】

上記の説明では、バランス検出電圧Ｖ２を使用してバランス充電容量Ｑａｂを計算する方法を例示するために、２つのセルをもつ最も単純なバッテリシステムを用いている。（複数の）セル１１０の個数が２つを超えるときにも、当該方法は２つのセル１１０の場合と同じである。バッテリシステム１０００の中で電圧が最大でないセル１１０である限り、バランス充電容量Ｑａｂを計算することができ、それは、最大電圧のセル１１０に対する容量差に対応する、ということに注意すべきである。例えば、バッテリシステム１０００が、直列接続された１００個のセル１１０を有する場合、９９個のバランス充電容量Ｑａｂを計算することができる。これらのセル１１０の電圧差が小さい場合、バランス充電容量Ｑａｂは小さいはずであり、バランス充電プロシージャはオフにされる。したがって、セルバランスプロシージャは、バッテリシステム１０００の電圧差が所定値を超えたときに限り、実行される。

【0042】

しかしながら、バランス検出電圧Ｖ２を大きく設定しすぎたり、小さく設定しすぎたりすることはできない。以下、図５Ａ〜図５Ｃを用いて、その理由を詳細に説明する。

【0043】

図５Ａを参照されたい。図５Ａは、低バランス検出電圧Ｖ２＿Ｌおよび高バランス検出電圧Ｖ２＿Ｈの概略図である。電圧曲線Ｂ１がバランス検出電圧Ｖ２＿Ｌまで上昇すると、バッテリシステム１０００は充電容量を第１容量Ｑａ＿Ｌとして記録する。電圧曲線Ｂ１がバランス検出電圧Ｖ２＿Ｈまで上昇すると、バッテリシステム１０００は充電容量を第１容量Ｑａ＿Ｈとして記録する。電圧曲線Ｂ２がバランス検出電圧Ｖ２＿Ｌまで上昇すると、バッテリシステム１０００は充電容量を第１容量Ｑｂ＿Ｌとして記録する。低バランス検出電圧Ｖ２＿Ｌと単セル定電圧充電設定値ＣＶ０との差は大きく、高バランス検出電圧Ｖ２＿Ｈと単セル定電圧充電設定値ＣＶ０との差は小さい。図５Ｂを参照する。図５Ｂは、低バランス検出電圧Ｖ２＿Ｌに従って、最小電圧のセル１１０で実行されるセルバランスプロシージャを示す概略図である。低バランス検出電圧Ｖ２＿Ｌと単セル定電圧充電設定値ＣＶ０との差が大きすぎるため、最小電圧のセル１１０の曲線Ｂ２は、バランス充電容量Ｑａｂ´´で補充された後、曲線Ｂ２´´に変換される。セル１１０の最大電圧と最小電圧とは点Ｐ２で重なり合っているが、セルが単セル定電圧充電設定値ＣＶ０まで充電し続けると、セルステータスにおけるインピーダンス、容量、温度の違いのために、電圧曲線Ｂ１およびＢ２の電圧は、再び発散する。従って、それは、バッテリシステム１０００の全てのセル１１０が単セル定電圧充電設定値ＣＶ０に、充電時に同時に到達する、というバランス目標に到達することはできない。

【0044】

図５Ｃを参照されたい。図５Ｃは、セルバランスプロシージャが高バランス検出電圧Ｖ２＿Ｈを参照することを示す概略図である。最大電圧のセル１１０は、バランス検出電圧Ｖ２＿Ｈに達し、第１容量Ｑａ＿Ｈを得る。しかし、バッテリシステム１０００が定電圧充電モードに入ることによって、充電電流が減少し始める。これにより、最小電圧のセル１１０は、バランス検出電圧Ｖ２＿Ｈに到達できず、第１容量Ｑｂ＿Ｈ（図５Ｃに示さず）が得られない。したがって、バランス充電容量Ｑａｂ（図５Ａに示さず）の計算を完了できず、セルバランスプロシージャ全体を開始することができない。

【0045】

バランス検出電圧Ｖ２を低くまたは高く設定しすぎることを避けるために、本実施形態は、バランス検出電圧Ｖ２の自動設定戦略を提案し、説明のため、２つのセルを有するバッテリシステムを例にとる。図６および図７Ａ〜７Ｂを参照されたい。図６は、一実施形態によるバランス充電容量Ｑａｂの計算方法のフローチャートである。図７Ａは、バランス充電容量Ｑａｂの第１の計算の概略図である。図７Ｂは、バランス充電容量Ｑａｂの第２の計算の概略図である。まず、バランス充電容量Ｑａｂの第１の計算について、図６および図７Ａを参照されたい。いま、バッテリシステム１０００の最大電圧のセル１１０は、図７Ａにおいて曲線Ｂ１をもち、最小電圧のセル１１０は、図７Ａにおいて曲線Ｂ２をもつ、と仮定する。

【0046】

バランス充電容量Ｑａｂの計算方法は、以下の通りである。最大電圧のセル１１０がバランスリセット電圧Ｖ０まで上昇した場合、セルバランスプロシージャのレジスタデータはリセットされる（ステップＳ１１０、Ｓ１２０）。最大電圧のセル１１０がバランストリガ電圧Ｖ１まで上昇した場合、最大電圧と最小電圧との電圧差ｄＶが計算される（ステップＳ１３０、Ｓ１４０）。バランス検出電圧Ｖ２は、単セル定電圧充電設定値ＣＶ０から、電圧差ｄＶと安全率との積を引くことで得られる。単セル定電圧充電設定値ＣＶ０は、セルが定電流充電モードから定電圧充電モードまで充電しているときの、充電電圧限界値である（ステップＳ１５０）。最大電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇した場合、バッテリシステム１０００のシステム容量は、第１容量Ｑａとして記録される（ステップＳ１６０、Ｓ１７０）。セルのいずれかの電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇した場合、バッテリシステム１０００のシステム容量は、第２容量Ｑｂとして記録される（ステップＳ１８０、Ｓ１９０）。バランス充電容量Ｑａｂは、第１容量Ｑａと第２容量Ｑｂとの差として定義される（ステップＳ２００）。

【0047】

詳細には、ステップＳ１１０では、バッテリシステム１０００内の最大電圧がバランスリセット電圧Ｖ０まで上昇したかどうかが判定される。最大電圧がバランスリセット電圧Ｖ０まで上昇した場合、当該プロセスは、ステップＳ１２０に進む。一実施形態では、バランスリセット電圧Ｖ０は、リチウムイオン電池のＮＭＣカソード材料に対して、３９００ｍＶである。

【0048】

ステップＳ１２０では、セルバランスプロシージャがリセットされる。いわゆるリセットは、セルバランスプロシージャが完了したか否かにかかわらず、セルバランスプロシージャが停止され、（複数の）関連する一時レジスタの全ての値が初期状態に設定される、ということを意味する。

【0049】

ステップＳ１３０では、最大電圧がバランストリガ電圧Ｖ１まで上昇したか否かが判定される。最大電圧がバランストリガ電圧Ｖ１まで上昇した場合、当該プロセスは、ステップＳ１４０に進む。バランストリガ電圧Ｖ１は、バランスリセット電圧Ｖ０より大きい。

【0050】

ステップＳ１４０では、最大電圧と最小電圧との電圧差ｄＶが計算される。バランストリガ電圧Ｖ１は、例えば４０００ｍＶである。このとき、バッテリシステム１０００における最小電圧は３９３０ｍＶであるため、バランストリガ電圧Ｖ１に達すると、最大電圧と最小電圧との電圧差ｄＶは、７０ｍＶとなる。図７Ａに示すように、電圧差ｄＶは、例えば７０ｍＶである。

【0051】

ステップＳ１５０では、バランス検出電圧Ｖ２は、単セル定電圧充電設定値ＣＶ０から、電圧差ｄＶと安全率との積を引くことで得られる（すなわち、バランス検出電圧Ｖ２＝単セル定電圧充電設定値ＣＶ０−電圧差ｄＶ ＊安全率ｆ）。一実施形態では、単セル定電圧充電設定値ＣＶ０は４１５０ｍＶであり、安全率ｆは１．５である。バランス検出電圧Ｖ２は、４０４５ｍＶである（４１５０ｍＶ−（７０ｍＶ＊１．５）＝４０４５ｍＶ）。

【0052】

ステップＳ１６０では、最大電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇したか否かが判定される。最大電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇した場合、当該プロセスは、ステップＳ１７０に進む。バランス検出電圧Ｖ２は、バランストリガ電圧Ｖ１よりも大きい。

【0053】

ステップＳ１７０では、第１容量Ｑａが記録される。詳細には、最大電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇したときの容量が、第１容量Ｑａとして記録する。

【0054】

ステップＳ１８０では、非最大電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇したか否かが判定される。非最大電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇した場合、当該プロセスは、ステップＳ１９０に進む。

【0055】

ステップＳ１９０では、第２容量Ｑｂが記録される。詳細には、非最大電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇したときの容量が、第２容量Ｑｂとして記録される。

【0056】

ステップＳ２００では、バランス充電容量Ｑａｂは、第１容量Ｑａと第２容量Ｑｂとの差として定義される（バランス充電容量Ｑａｂ＝第２容量Ｑｂ−第１容量Ｑａ）。

【0057】

以上の手順により、バランス充電容量Ｑａｂの第１の計算が完了できる。次に、バランス充電容量Ｑａｂの第２の計算については、図６および図７Ｂを参照されたい。ステップＳ１１０では、バッテリシステム１０００における最大電圧がバランスリセット電圧Ｖ０（例えば、３９００ｍＶ）まで上昇したか否かが判定される。最大電圧がバランスリセット電圧Ｖ０まで上昇した場合、当該プロセスはステップＳ１２０に進む。

【0058】

Ｓ１２０では、セルバランスプロシージャがリセットされる。

【0059】

ステップＳ１３０では、最大電圧がバランストリガ電圧Ｖ１（例えば４０００ｍＶ）まで上昇したか否かが判定される。最大電圧がバランストリガ電圧Ｖ１まで上昇した場合、当該プロセスは、ステップＳ１４０に進む。

【0060】

ステップＳ１４０で、最大電圧と最小電圧との電圧差ｄＶ´が計算される。図７Ｂに示すように、最小容量のセル１１０は、バランス充電容量Ｑａｂで充電されており、対応する曲線Ｂ２は、曲線Ｂ２´にシフトされる。したがって、理論上は、最大電圧がバランストリガ電圧Ｖ１に達したとき、この時点でのセル１１０の最小電圧間の電圧差は、その前の時点でのものよりも小さいはずである。一実施形態では、この時点で、バランストリガ電圧Ｖ１に達したとき、最大電圧および最小電圧の電圧差ｄＶ´は、１５ｍＶまで低下する。

【0061】

ステップＳ１５０では、バランス検出電圧Ｖ２´は、単セル定電圧充電設定値ＣＶ０から、電圧差ｄＶ´と安全率との積を引くことで得られる（すなわち、バランス検出電圧Ｖ２＝単セル定電圧充電設定値ＣＶ０−電圧差ｄＶ´ ＊安全率ｆ）。一実施形態では、単セル定電圧充電設定値ＣＶ０は４１５０ｍＶに固定され、安全率は１．５に固定される。バランス検出電圧Ｖ２´は、４１２７．５ｍＶ（４１５０ｍＶ−（１５ｍＶ＊１．５）＝４１２７．５ｍＶ）である。

【0062】

ステップＳ１６０では、最大電圧がバランス検出電圧Ｖ２´まで上昇したか否かが判定される。最大電圧の曲線Ｂ１がバランス検出電圧Ｖ２´まで上昇した場合、当該プロセスは、ステップＳ１７０に進む。

【0063】

ステップＳ１７０では、第１容量Ｑａ´が記録される。詳細には、最大電圧がバランス検出電圧Ｖ２´まで上昇したときの充電容量が、第１容量Ｑａ´として記録される。

【0064】

ステップＳ１８０では、非最大電圧がバランス検出電圧Ｖ２´まで上昇したか否かが判定される。非最大電圧（この実施形態では最小電圧）がバランス検出電圧Ｖ２´まで上昇した場合、当該プロセスは、ステップＳ１９０に進む。

【0065】

ステップＳ１９０では、第２容量Ｑｂ´が記録される。詳細には、非最大電圧（この実施形態では最小電圧）がバランス検出電圧Ｖ２´まで上昇したときの充電容量が、第２容量Ｑｂ´として記録される。

【0066】

ステップＳ２００では、バランス充電容量Ｑａｂ´は、第１容量Ｑａ´と第２容量Ｑｂ´との差として定義される（すなわち、バランス充電容量Ｑａｂ´＝第２容量Ｑｂ´−第１容量Ｑａ´）。

【0067】

図７Ａおよび図７Ｂから、セルバランスプロシージャの実行回数が増加するにつれて、バランス検出電圧Ｖ２´は単セル定電圧充電設定値ＣＶ０に徐々に近づき、電圧差ｄＶ´は徐々に収縮し、バランス充電容量Ｑａｂ´は徐々に減少する。このようにして、オートチューニング設計のバランス検出電圧Ｖ２は、電圧差の大小によらず、セルバランスプロシージャを正しく実行できることを確実にし、単セル定電圧充電設定値ＣＶ０の期待電圧に、徐々に収束する。

【0068】

上記のアルゴリズムに加えて、開回路電圧（the open circuit voltage（ＯＣＶ））を使用して、バランス充電容量を計算することもできる。図８を参照されたい。セルのＯＣＶと容量との間の関係によれば、異なるＯＣＶは異なる容量に対応する。バランススレーブコントローラ１５０およびバランスホストコントローラ３１０が起動されないとき、バッテリシステムは３つのセルによって直列接続され、第１セルは開回路電圧ＯＣＶ１を、第２セルは開回路電圧ＯＣＶ２を、第３セルは開回路電圧ＯＣＶ３を有するものとする。開回路電圧ＯＣＶ１、ＯＣＶ２およびＯＣＶ３は、対応するセル容量Ｑ１、Ｑ２およびＱ３にマッピングされる。このことは図８に直接見出すことができる。容量差ＥＱ２は、開回路電圧ＯＣＶ２が開回路電圧ＯＣＶ１に近い場合、バランス充電容量に対応する。容量差ＥＱ３は、開回路電圧ＯＣＶ３が開回路電圧ＯＣＶ１に近い場合、バランス充電容量である。図８の方法は、当該バッテリシステムが充電または放電をせずに定常状態にあるとき、実行することができる。

【0069】

次に、この実施形態のバッテリシステム１０００のセルバランスプロシージャの制御方法について、より詳細に説明する。図９Ａ〜図９Ｄを参照されたい。図９Ａ〜図９Ｄは、一実施形態による、ホスト制御ユニット３００のセルバランスプロシージャの制御方法のフローチャートである。図９Ａに示されるように、ステップＳ３００では、バランスホストコントローラ３１０は、バッテリシステム１０００がウェークアップされたか否かを判定する。バッテリシステム１０００がウェークアップされた場合、当該プロセスはステップＳ３０２に進み、バッテリシステム１０００がウェークアップされていない場合、当該プロセスはステップＳ３０１に進む。

【0070】

図９Ａに示すように、ステップＳ３０１では、バランスホストコントローラ３１０は、セルバランスプロシージャを強制的に中断しなければならない外部異常が発生したか否かを判定する。外部異常が発生した場合、このプロセスは終了し、外部異常が発生していない場合、当該プロセスはステップＳ３０３に進む。

【0071】

図９Ａに示すように、ステップＳ３０２では、バランスホストコントローラ３１０は、初期化動作を実行し、バランス状態をオフ状態に設定し、バランスホストコントローラ３１０内の関連するレジスタ動作情報を消去する。

【0072】

図９Ａに示すように、ステップＳ３０３では、バランスホストコントローラ３１０は、動作状態が充電状態にあるか否かを判定し、最大電圧がバランスリセット電圧Ｖ０まで上昇したか否かを判定する。動作状態が充電状態であり、最大電圧がバランスリセット電圧Ｖ０まで上昇している場合、当該プロセスはステップＳ３０４に進む。バランスホストコントローラ３１０がバッテリシステム１０００の充放電の電流値を感知することができるので、バッテリシステム１０００は充電状態を識別することができる。

【0073】

図９Ａに示すように、ステップＳ３０４では、バランスホストコントローラ３１０は、セルバランスプロシージャを無効化し、バランス状態をバランスリセット状態に設定する。バランスリセット状態は、（複数の）バランス計算および実行レジスタのすべての値を消去することを含む。その目的は、この充電状態に応じて、バランスパラメータを再計算することである。

【0074】

図９Ｂに示すように、ステップＳ３０５では、バランスホストコントローラ３１０は、最大電圧がバランストリガ電圧Ｖ１まで上昇したか否かを判定する。最大電圧がバランストリガ電圧Ｖ１まで上昇した場合、当該プロセスはステップＳ３０６に進み、最大電圧がバランストリガ電圧Ｖ１まで上昇していない場合、ステップＳ３０５に戻る。

【0075】

図９Ｂに示すように、ステップＳ３０６では、バランスホストコントローラ３１０は、最大電圧と最小電圧との電圧差ｄＶを計算し、バランス検出電圧Ｖ２を計算する。

【0076】

図９Ｂに示すように、ステップＳ３０７では、バランスホストコントローラ３１０は、バランス検出電圧Ｖ２を、全てのバッテリユニット１００にブロードキャストする。

【0077】

図９Ｂに示すように、ステップＳ３０８では、バランスホストコントローラ３１０は、全てのバッテリユニット１００のバランス状態がバランス検出状態にあるか否かを判定する。バランス検出状態とは、バランス充電容量Ｑａｂを計算するプロセスである。全てのバッテリユニット１００のバランス状態がバランス検出状態である場合、当該プロセスは図９ＣのステップＳ３１０に進み、バッテリユニット１００のうちの１つのバランス状態がバランス検出状態でない場合、当該プロセスはステップＳ３０９に進む。

【0078】

図９Ｂに示すように、ステップＳ３０９では、バランスホストコントローラ３１０は、動作状態が充電状態から定常状態に変化したか否かを判定する。動作状態が充電状態から定常状態に変化した場合、当該プロセスは図９ＡのステップＳ３０３に進み、動作状態が充電状態から定常状態に変化しなかった場合、当該プロセスはステップＳ３０８に戻る。

【0079】

図９Ｃに示すように、ステップＳ３１０では、バランスホストコントローラ３１０は、各バッテリユニット１００のバランス状態が検出完了状態にあるか否かを判定する。各バッテリユニット１００のバランス状態が検出完了状態である場合、当該プロセスはステップＳ３１１に進み、（複数の）バッテリユニット１００のうちの１つのバランス状態が検出完了状態でない場合、当該プロセスはステップＳ３１０に戻る。

【0080】

図９Ｃに示すように、ステップＳ３１１では、バランスホストコントローラ３１０は、バッテリユニット１００の動作状態が充電状態から定常状態に変化したか否かを判定する。全バッテリユニット１００の動作状態が定常状態に変化した場合、当該プロセスはステップＳ３１２に進み、（複数の）バッテリユニット１００のうちの１つの動作状態が定常状態に変化しなかった場合、当該プロセスはステップＳ３１１に戻る。

【0081】

図９Ｃに示すように、ステップＳ３１２では、バランスホストコントローラ３１０は、定常時間が時間設定値を超えているか否かを判定する。定常時間が時間設定値を超えていた場合、当該プロセスは図９ＤのステップＳ３１３に進み、定常時間が時間設定値を超えていない場合、当該プロセスはステップＳ３１２に戻る。

【0082】

図９Ｄに示すように、ステップＳ３１３では、バランスホストコントローラ３１０はバランス実行情報をブロードキャストし、バランスホストスイッチ３２０をオンにして伝導状態にする。

【0083】

図９Ｄに示すように、ステップＳ３１４では、バランスホストコントローラ３１０は、（複数の）バッテリユニット１００のいずれかが異常であるか否かを判定する。直列接続された（複数の）バッテリユニット１００のいずれか１つが異常である場合、当該プロセスはステップＳ３１５に進み、バッテリユニット１００が異常でない場合、当該プロセスはステップＳ３１６に進む。

【0084】

図９Ｄに示すように、ステップＳ３１５では、バランスホストコントローラ３１０は、セルバランスプロシージャの休止コマンドを全バッテリユニット１００にブロードキャストする。このとき、バランススレーブコントローラ１５０内の全関連データは消去されない。

【0085】

図９Ｄに示すように、ステップＳ３１７では、バランスホストコントローラ３１０は、このバッテリユニット１００が正常に戻るか否かを判定する。このバッテリユニット１００が正常に戻る場合、当該プロセスはステップＳ３１３に戻り、このバッテリユニット１００が正常に戻らない場合、当該プロセスはステップＳ３１８に進む。

【0086】

図９Ｄに示すように、ステップＳ３１８では、バランスホストコントローラ３１０は動作状態が充電状態にあるか否かを判定し、最大電圧がバランスリセット電圧Ｖ０まで上昇したか否かを判定する。動作状態が充電状態であり、かつ、最大電圧がバランスリセット電圧Ｖ０まで上昇した場合、当該プロセスは図９ＡのステップＳ３０３に戻り、動作状態が充電状態でない場合、または、最大電圧がバランスリセット電圧Ｖ０まで上昇しなかった場合、当該プロセスはステップＳ３１５に戻る。

【0087】

図９Ｄに示すように、ステップＳ３１６では、バランスホストコントローラ３１０は、全バッテリユニット１００がセルバランスプロシージャを完了したか否かを判定する。全バッテリユニット１００がセルバランスプロシージャを完了した場合、当該プロセスはステップＳ３１９に進み、バッテリユニット１００の全てがセルバランスプロシージャを完了しているわけではない場合、当該プロセスはステップＳ３１３に戻る。

【0088】

ステップＳ３１９では、バランスホストコントローラ３１０は、バランス状態が完了状態であることを示し、バランスホストスイッチ３２０をオフして非伝導状態にする。

【0089】

ホスト制御ユニット３００の制御方法から、ホスト制御ユニット３００は、各バッテリユニット１００からデータおよびステータスを受信する。各バッテリユニット１００のステータスが起動条件を満たすと、バランスホストスイッチ３２０がオンになって伝導状態になり、セルバランスプロシージャの開始コマンドが各バッテリユニット１００に送られる。

【0090】

ホスト制御ユニット３００は、各バッテリユニット１００の周期的なブロードキャスト情報を確認する。ホスト制御ユニット３００は、ブロードキャスト情報が異常であること、または、データパッケージ送信がタイムアウト設定に達したことを発見すると、セルバランスプロシージャの休止コマンドをトリガして、バランスホストスイッチ３２０を切って非伝導状態にし、セルバランスプロシージャを停止する。

【0091】

図１０Ａ〜１０Ｄを参照されたい。図１０Ａ〜１０Ｄは、一実施形態による、バッテリユニット１００のセルバランスプロシージャの制御方法のフローチャートである。図１０Ａに示すように、ステップＳ４００では、各バランススレーブコントローラ１５０は、バッテリシステム１０００がウェークアップされたか否かを判定する。バッテリシステム１０００がウェークアップされた場合、当該プロセスはステップＳ４０２に進み、バッテリシステム１０００がウェークアップされていない場合、当該プロセスはステップＳ４０１に進む。

【0092】

図１０Ａに示すように、ステップＳ４０１では、バランススレーブコントローラ１５０はセルバランスプロセスを強制的に中断するために、外部異常が発生したか否かを判定する。外部異常が発生した場合、当該プロセスは終了し、セルバランスプロシージャを強制的に中断する。外部異常が発生していない場合、当該プロセスはステップＳ４０３に進む。

【0093】

図１０Ａに示すように、ステップＳ４０２では、バランススレーブコントローラ１５０は初期化動作を実行し、バランス状態をオフ状態に設定し、バランススレーブコントローラ１５０内のセルバランスプロシージャの（複数の）レジスタの全関連データを消去する。

【0094】

図１０Ａに示されるように、ステップＳ４０３では、バランススレーブコントローラ１５０は、動作状態が充電状態にあるか否かを判定する。動作状態が充電状態である場合、当該プロセスはステップＳ４０４に進み、動作状態が充電状態でない場合、当該プロセスは終了する。バランスホストコントローラ３１０は、通信バス２００を介して全バランススレーブコントローラ１５０に対して電流測定値をブロードキャストする。これは、ホスト制御ユニット３００のみが、バッテリシステム１０００のシステム電流測定ユニット３４０を有するからである。従って、バランススレーブコントローラ１５０は、バランスホストコントローラ３１０によって送信されたシステム電流情報のブロードキャストに従って、充電状態を判断できる。

【0095】

図１０Ａに示すように、ステップＳ４０４では、バランススレーブコントローラ１５０は、バッテリシステム１０００の最大電圧がバランスリセット電圧Ｖ０まで上昇したか否かを判定する。これは、各バランススレーブコントローラ１５０が、通信により他のバランススレーブコントローラ１５０からデータパッケージを受信できるからである。最大電圧がバランスリセット電圧Ｖ０まで上昇した場合、当該プロセスはステップＳ４０５に進み、最大電圧がバランスリセット電圧Ｖ０まで上昇しなかった場合、ステップＳ４０３に戻る。

【0096】

図１０Ａに示すように、ステップＳ４０５では、バランススレーブコントローラ１５０は、セルバランスプロシージャを終了し、バランス状態をバランスリセット状態に設定する。バランスリセット状態は、バランス計算結果および実行の、全関連レジスタを消去することを含む。その結果、セルバランスプロシージャの（複数の）関連パラメータは、電流充電状態に従って再計算することができる。

【0097】

図１０Ｂに示すように、ステップＳ４０６では、バランススレーブコントローラ１５０は、最大電圧がバランストリガ電圧Ｖ１まで上昇したか否かを判定する。最大電圧がバランストリガ電圧Ｖ１まで上昇した場合、当該プロセスはステップＳ４０７に進み、最大電圧がバランストリガ電圧Ｖ１まで上昇していない場合、当該プロセスはステップＳ４０６に進む。

【0098】

図１０Ｂに示すように、ステップＳ４０７では、バランススレーブコントローラ１５０は、バランス状態をバランス検出状態に設定する。

【0099】

図１０Ｂに示すように、ステップＳ４０８では、バランススレーブコントローラ１５０は、バッテリシステム１０００の最大電圧と最小電圧との電圧差ｄＶを計算し、バランス検出電圧Ｖ２を計算する。全バランススレーブコントローラ１５０は、通信により、（複数の）バッテリユニット１００内の最大電圧および最小電圧を、バランスホストコントローラ３１０に報告する。全バランススレーブコントローラ１５０は、他の（複数の）バッテリユニット１００の高い電圧および最小電圧を、通信バス２００から受信することができる。そのため、バッテリシステム１０００の電圧差ｄＶおよびバランス検出電圧Ｖ２は、各バランススレーブコントローラ１５０により計算することができる。このステップは、図９ＢのステップＳ３０６におけるバランスホストコントローラ３１０の計算方法と同じである。したがって、理論的には、バランススレーブコントローラ１５０によって計算されるバランス検出電圧Ｖ２と、バランスホストコントローラ３１０によって計算されるバランス検出電圧Ｖ２とは、同じであるか、または、非常に近いはずである。

【0100】

図１０Ｂに示すように、ステップＳ４０９では、バランススレーブコントローラ１５０は、バランススレーブコントローラ１５０によって計算されたバランス検出電圧Ｖ２と、バランスホストコントローラ３１０によって計算されたバランス検出電圧Ｖ２との差を計算する。

【0101】

図１０Ｂに示すように、ステップＳ４１０では、バランススレーブコントローラ１５０は、その差が所定の値よりも小さいか否かを判定する。差が所定値よりも小さい場合、それは、バランススレーブコントローラ１５０とバランスホストコントローラ３１０との間のバランスプロシージャの全データが、ほぼ同じであることを意味する。したがって、当該プロセスは図１０ＣのステップＳ４１０１に進む。差が所定値以上である場合、当該プロセスは終了する。このようにして、ホスト制御ユニット３００の制御方法は、充電が終了し、バッテリシステム１０００が定常状態になるまで、ステップＳ３０８〜ステップＳ３０９（図９Ｂ参照）間で繰り返され、バランススレーブコントローラ１５０のバランス状態は検出状態を維持する。そのため、セルバランスプロシージャは起動されない。バッテリシステム１０００が再び充電される場合、当該プロセスはステップＳ３０３に進み、バランスプロシージャを再開する。

【0102】

ステップＳ４１０１では、バランススレーブコントローラ１５０は、バッテリシステム１０００のセル１１０の最大電圧がバランス検出電圧Ｖ２に達したか否かを判定する。ＮＯである場合、当該プロセスはステップＳ４１０１に戻り、ＹＥＳである場合、当該プロセスはステップＳ４１０２に進む。対応する一時レジスタに記録される最大電圧セルの容量（すなわち、図６の第１容量Ｑａを得る）に対応するシステム充電容量。このステップは、図６のステップＳ１６０およびＳ１７０に相当する。

【0103】

図１０Ｃに示すように、ステップＳ４１１では、バランススレーブコントローラ１５０は、バッテリユニット１００内の第ｉ番目のセルの電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇したか否かを判定する。第ｉ番目のセルの電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇していた場合、当該プロセスはステップＳ４１２に進み、第ｉ番目のセルの電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇していない場合、当該プロセスはステップＳ４１１に戻る。

【0104】

図１０Ｃに示すように、ステップＳ４１２では、バランススレーブコントローラ１５０は、第ｉ番目のセル１１０に対応するバッテリシステムの充電容量を記録し、対応する充電容量レジスタにそれを保存する。例えば、バッテリユニット１００は、直列接続された１４個のセルから構成することができる。番号が「Ｂ［１］〜Ｂ［１４］」である、１４個の充電容量レジスタが設定されている。最初に、第２番目のセルの電圧がバランス検出電圧Ｖ２に達すると、バッテリシステムの充電容量は「Ｑｂ１」となり、「Ｑｂ１」が「Ｂ［２］」と番号付けられた充電容量レジスタに記録される。その後、第１０番目のセルの電圧がバランス検出電圧Ｖ２に達する。このとき、バッテリシステムの充電容量は「Ｑｂ２」となり、「Ｑｂ２」は「Ｂ［１０］」と番号付けられた充電容量レジスタに記録される。１４個のセルのバッテリシステム充電容量は、（複数の）当該セルの対応する位置に応じて、（複数の）充電容量レジスタに第２容量Ｑｂを完全に格納することになる。このステップは、図６のステップＳ１８０およびステップＳ１９０に相当する。

【0105】

図１０Ｃに示すように、ステップＳ４１３では、バランススレーブコントローラ１５０は、バッテリユニット１００の全てのセルの電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇したか否かを判定する。全てのセルの電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇した場合、当該プロセスはステップＳ４１４に進み、全てのセルの電圧がバランス検出電圧Ｖ２まで上昇しているわけではない場合、ステップＳ４１１に戻る。

【0106】

図１０Ｃに示すように、ステップＳ４１４では、バランススレーブコントローラ１５０は、バランス状態を検出完了状態に設定する。

【0107】

図１０Ｃに示すように、ステップＳ４１５では、バランススレーブコントローラ１５０は、このバッテリユニット１００のセル１１０の最小電圧と、バッテリシステム１０００内の全バッテリユニット１００によってブロードキャストされた最大電圧との電圧差ｄＶを計算する。その目的は、このバッテリユニット１００の最大電圧と全バッテリユニット１００の電圧との差を評価することである。電圧異常値の重大度は、電圧差によって特定できる。セルバランスプロシージャは、最大の電圧差を有するバッテリユニット１００に対して実行される必要がある。逆に、当該電圧差が小さければ小さいほど、バッテリシステム１０００のこの（複数の）バッテリユニット１００が、最大電圧のセル１１０に対してより良い電圧一貫性を有している、ということである（すなわち、ステップＳ４１７で述べた低電圧差状態）。よって、このバッテリユニット１００は、セルバランスプロシージャを実行する必要がない。

【0108】

図１０Ｃに示すように、ステップＳ４１６では、バランススレーブコントローラ１５０は、電圧差ｄＶが電圧差設定値よりも小さい否かを判定する。電圧差ｄＶが電圧差設定値よりも小さい場合、当該プロセスはステップＳ４１７に進み、電圧差ｄＶが電圧差設定値以上である場合、当該プロセスは図１０ＤのステップＳ４１８に進む。

【0109】

図１０Ｃに示すように、ステップＳ４１７では、バランススレーブコントローラ１５０は、バランス状態を低電圧差状態に設定する。

【0110】

図１０Ｄに示すように、ステップＳ４１８では、バランススレーブコントローラ１５０は、セルバランスプロシージャの実行順序を整理する。１つのバッテリユニット１００内の（複数の）セル１１０の実行順序：バランススレーブコントローラ１５０は、初めに、より小さな電圧を有するものについて、セルバランスプロシージャを実行する。バッテリシステム１０００における（複数の）バッテリユニット１００の実行順序：セルバランスプロシージャは、バッテリシステム１０００内の最小電圧をもつバッテリユニット１００において、優先的に開始する。従って、バランス電源４００の出力が制限されているとき、セル１１０のバランス充電容量は、バッテリシステム１０００の電圧差を急速に減少させ得る最小電圧のセル１１０に、優先的に与えられる。

【0111】

各チャネルのバランス充電容量Ｑａｂの計算方法は、図６のステップＳ２００と同じである。第ｉ番目のセル１１０のバランス充電容量Ｑａｂは、「Ｂ［ｉ］」と番号付けられた充電容量レジスタに格納された第２容量Ｑｂと、最大電圧に対応する第１容量Ｑａとの差である。その原理は、図７で説明したバランス充電容量Ｑａｂと同じである。１４個のセルを有するバッテリユニット１００については、１４個のバランス充電容量、すなわち「Ｑａｂ［１］〜Ｑａｂ［１４］」が生成される。各チャネルは、それ自体のバランス充電容量Ｑａｂに従って、容量を供給する。バッテリユニット１００内の第１４番目のセル１１０が最大電圧を有する場合、Ｑａｂ［１４］はゼロに等しい。

【0112】

加えて、全バッテリユニット１００において、最小電圧のセル１１０は、追加の容量で充電される（例えば、バランス充電容量Ｑａｂ＋０．５％の完全充電容量）。このようにして、最小電圧のセル１１０は、次の充電の時に、バッテリシステム１０００における、最大電圧のセル１１０となり得る。したがって、セルバランスプロシージャは、最大電圧のセル１１０を順番に入れ替えることができ、特定のセル１１０が最大電圧状態を維持し続け、バッテリ過充電故障または寿命減縮の加速を引き起こす、という問題を回避することができる。

【0113】

図１０Ｄに示すように、ステップＳ４１９では、バランススレーブコントローラ１５０は、バランス状態を中断状態に設定する。中断状態とは、バランスホストコントローラ３１０によって送られたセルバランスプロシージャの開始コマンドを待つことである。

【0114】

図１０Ｄに示すように、ステップＳ４２０では、バランススレーブコントローラ１５０は、バランスホストコントローラ３１０によって送信されたセルバランスプロシージャの開始コマンドが受信されたか否かを判定する。バランスホストコントローラ３１０によってトリガされたセルバランスプロシージャの開始コマンドが受信された場合、当該プロセスはステップＳ４２１に進み、バランスホストコントローラ３１０によってトリガされたセルバランスプロシージャの開始コマンドが受信されていない場合、当該プロセスはステップＳ４１９に戻る。

【0115】

図１０Ｄに示すように、ステップＳ４２１では、バランススレーブコントローラ１５０はバランス状態を実行状態に設定し、セルバランスプロシージャの実行を開始する。

【0116】

図１０Ｄに示すように、ステップＳ４２２では、バランススレーブコントローラ１５０は、セルバランスプロシージャが完了したか否かを判定する。セルバランスプロシージャが完了している場合、当該プロセスはステップＳ４２３に進み、セルバランスプロシージャが完了していない場合、当該プロセスはステップＳ４２４に進む。

【0117】

図１０Ｄに示すように、ステップＳ４２３では、バランススレーブコントローラ１５０は、バランス状態を完了状態に設定し、全セルバランスプロシージャを終結する。

【0118】

図１０Ｄに示すように、ステップＳ４２４では、バランススレーブコントローラ１５０は、バランスホストコントローラ３１０からトリガされたセルバランスプロシージャの休止コマンドが受信されたか否かを判定する。バランススレーブコントローラ１５０がバランスホストコントローラ３１０から休止コマンドを受信した場合、当該バランスプロセスはステップＳ４１９に戻り、そうではない場合、当該プロセスはステップＳ４２１に戻る。セルバランスプロシージャの休止コマンドの適用タイミングは、演算資源の限界またはユーザの強制中断のため、バランスホストコントローラ３１０がセルバランスプロシージャの動作を一時的に停止する必要があるときに、主に使用される。

【0119】

以上の処理によれば、ホスト制御ユニット３００とバッテリユニット１００とは、相互に情報を受信し合い、そのデータに基づき、両パーティは同じ計算を実行する。ホスト制御ユニット３００は、そのデータを受信し、各バッテリユニット１００の状態を報告し、各バッテリユニット１００のステータスが起動条件を満たしていることを判定し、そうして、バランスホストスイッチ３２０をオンにして伝導状態とし、各バッテリユニット１００に対し、セルバランスプロシージャの開始コマンドをトリガする。

【0120】

バッテリユニット１００により計算されたバランス検出電圧Ｖ２と、ホスト制御ユニット３００によりブロードキャストされたバランス検出電圧Ｖ２との差が所定の値よりも小さく（これは、バッテリユニット１００とホスト制御ユニット３００とが同期していることを表す。）、セルバランスプロシージャの開始コマンドがホスト制御ユニット３００から受信された場合、バッテリユニット１００のセルバランスプロシージャが開始され、バランススレーブスイッチ１４０がオンになり伝導状態となる。

【0121】

ホスト制御ユニット３００は、各バッテリユニット１００の周期的なブロードキャスト情報を確認し、各バッテリユニット１００もまた、ホスト制御ユニット３００の周期的なブロードキャスト情報も確認する。いずれかのパーティが、ブロードキャスト情報が異常であり、タイムアウト条件に達したことを発見した場合、そのパーティは、セルバランスプロシージャの休止コマンドをトリガし、バランスホストコントローラ３１０は、バランスホストスイッチオフにして非伝導状態にし、バランススレーブコントローラ１５０はバランススレーブスイッチ１４０をオフにして非伝導状態にし、そうして、絶縁充電器１２０を遮断する。

【0122】

以上の（複数の）特徴に基づいて、ホスト制御ユニット３００および各バッテリユニット１００は、ソフトウェア相互確認保護機能を有している。

【0123】

さらに、セルバランスプロシージャは、上記の制御方法だけでなく、以下のような異常事態も考慮している。

【0124】

バランススレーブコントローラ１５０がセルバランスプロシージャを完了した後、セル１１０の電圧が目標電圧に到達せず、許容誤差範囲を超える場合、バランススレーブコントローラ１５０はその異常バランス状態をブロードキャストする。バランスホストコントローラ３１０または他の（複数の）バランススレーブコントローラ１５０が、バランススレーブコントローラ１５０の何らかの異常バランス状態を受信すると、セルバランスプロシージャの休止コマンドがトリガされる。バランスホストコントローラ３１０は、バランスホストスイッチ３２０をオフにして非伝導状態にし、バランススレーブコントローラ１５０は、対応するバランススレーブスイッチ１４０をオフにして非伝導状態にし、絶縁充電器１２０へのバランス電力供給をオフにする。その結果、充電機能は作動を停止し、検査が完了するまで、中断バランス状態を維持し続ける。

【0125】

さらに、バランスホストコントローラ３１０またはバランススレーブコントローラ１５０が、温度が温度閾値までセルバランスプロシージャにおいて上昇した、ということを発見すると、バランスホストコントローラ３１０またはバランススレーブコントローラ１５０は、セルバランスプロシージャの休止コマンドをトリガする。すなわち、バランスホストコントローラ３１０は、バランスホストスイッチ３２０をオフにして非伝導状態にし、検査が完了するまで、中断バランス状態を維持し続ける。

【0126】

あるいは、バランスホストコントローラ３１０が、衝撃を受けているバッテリシステム１０００の衝撃力が、事前設定された衝撃値を超えている、ということを発見すると、バランスホストコントローラ３１０は、バランスホストスイッチ３２０をオフにして非伝導状態とし、セルバランスプロシージャの休止コマンドをトリガし、検査が完了するまでバランス中断状態を維持し続ける。

【0127】

要約すると、本開示は、高電圧大型バッテリシステムのための、高安全性、高性能、低コストのバランシング機能を開発した。本開示は、多数のセルのカスケードアプリケーション（cascade application）に適用することができる。本開示は、安全性を向上するため、ハードウェアおよびソフトウェアの相互保護を利用するだけでなく、信頼性を向上するため、バランスされるハードウェアの設計を最適化する。さらに、バランス制御戦略の最適化設計は、性能を向上させる。迅速なオーバーホールができるように、メンテナンス方法および特別な状況の処置方法を提供する。

【0128】

当業者には、開示された実施形態に対して様々な修正および変形を行うことができることは、明らかだろう。本明細書および実施例が、単に例示的なものだとみなされ、本開示の真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれと同等なものによって示されるものである、ということが意図されている。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【外国語明細書】

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