特許第5767351号(P5767351)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許5767351フル機能のモジュール化機能ブロックの補助により電源装置をコントロールする装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5767351
(24)【登録日】2015年6月26日
(45)【発行日】2015年8月19日
(54)【発明の名称】フル機能のモジュール化機能ブロックの補助により電源装置をコントロールする装置
(51)【国際特許分類】
   H02J 7/02 20060101AFI20150730BHJP
   H01M 10/44 20060101ALI20150730BHJP
【FI】
   H02J7/02 H
   H01M10/44 P
【請求項の数】9
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2014-37258(P2014-37258)
(22)【出願日】2014年2月27日
(65)【公開番号】特開2014-166142(P2014-166142A)
(43)【公開日】2014年9月8日
【審査請求日】2014年2月27日
(31)【優先権主張番号】61/769754
(32)【優先日】2013年2月27日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】513120321
【氏名又は名称】蔡富生
(74)【代理人】
【識別番号】110001151
【氏名又は名称】あいわ特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】蔡 富生
【審査官】 大手 昌也
(56)【参考文献】
【文献】 特開2011−182623(JP,A)
【文献】 特表2010−520733(JP,A)
【文献】 特開2002−223528(JP,A)
【文献】 特開2009−278709(JP,A)
【文献】 特表2009−540795(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02J 7/02
H01M 10/44
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電源装置をコントロールする装置において、該装置は該電源装置の少なくとも一部を包含し、該装置は、
少なくとも一つのバッテリーモジュールを包含し、各該バッテリーモジュールは、該電源装置内で直列に接続された一つのバッテリーモジュールであり、該バッテリーモジュールは、
少なくとも一つのバッテリーセル、
該バッテリーモジュールの動作をコントロールするために配置された少なくとも一つの処理回路、
前述の少なくとも一つのバッテリーセル及び前述の少なくとも一つの処理回路に電気的に接続され、該少なくとも一つの処理回路のコントロールの下で、該少なくとも一つのバッテリーセルのバランシングを実行する少なくとも一つのバランシング回路、
を包含し、該少なくとも一つのバランシング回路は、該少なくとも一つの処理回路にバイアス電圧を提供し、該少なくとも一つの処理回路は該少なくとも一つのバランシング回路より電力を取得し、該バランシング回路はアクティブブロックバランシング及びバイアス回路とされ、該アクティブブロックバランシング及びバイアス回路は、
一次側と二次側にそれぞれ対応する複数の捲線を包含し、
該複数の捲線内で第1捲線と第2捲線で第1変圧器が形成され、該第1変圧器は各該電池モジュールのアクティブバランシングを実行するために利用され、
該複数の捲線内で第1捲線と第3捲線で第2変圧器が形成され、該第2変圧器は該バイアス電圧を生成するのに利用され、
該アクティブブロックバランシング及びバイアス回路は、該処理回路に、該バイアス回路を提供し、該処理回路は電力を該アクティブブロックバランシング及びバイアス回路より獲得することを特徴とする、装置。
【請求項2】
請求項1に記載の装置において、各該バッテリーモジュールは、さらに、
該電源装置内で該バッテリーモジュール中の各該バッテリーモジュールを一つ或いはそれより多くの他のモジュールと、アナログ信号を使用してコミュニケートさせるために配置されたアナログインタフェースを包含することを特徴とする、装置。
【請求項3】
請求項2に記載の装置において、該少なくとも一つのバランシング回路は、
該アナログインタフェースと該少なくとも一つのバッテリーセルを電気的に接続するように配置されて、該少なくとも一つのバッテリーセルのアクティブバランシングを実行するアクティブバランシング回路を包含することを特徴とする、装置。
【請求項4】
請求項3に記載の装置において、該電源装置のシステムコントロール回路のコントロールの下で、該アクティブバランシング回路は、該電源装置内の該少なくとも一つのバッテリーセルと少なくとも一つの他のモジュールのバッテリーセルの間のアクティブバランシングを実行することを特徴とする、装置。
【請求項5】
請求項4に記載の装置において、該電源装置のシステムコントロール回路のコントロールの下で、該アクティブバランシング回路は、少なくとも一つのバッテリーセルよりエネルギーを動的に収集してエネルギーを該少なくとも一つの他のモジュールに再配分するか、該少なくとも一つの他のモジュールよりエネルギーを収集して該少なくとも一つのバッテリーセルに再配分することを特徴とする、装置。
【請求項6】
請求項1に記載の装置において、さらに、
パワーモジュールを包含し、該パワーモジュールは、該電源装置内で該バッテリーモジュールに電気的に接続され、該パワーモジュールは、
アナログインタフェースであって、該電源装置内で一つ或いはそれより多くの他のモジュールを該パワーモジュールと、アナログ信号を使用してコミュニケートさせるために配置された、上記アナログインタフェースと、
マスターコントロール回路であって、該パワーモジュールのアナログインタフェースより受け取った一つ或いはそれより多くのアナログ信号に基づいて複数のスイッチをコントロールするために配置され、該複数のスイッチは、該電源装置の全てのバッテリーモジュールのバッテリーセルを通過する電流パス上に配置されている、上記マスターコントロール回路と、
を包含することを特徴とする、装置。
【請求項7】
請求項6に記載の装置において、該パワーモジュール及び該バッテリーモジュールは同一のモジュールへと集積されることを特徴とする、装置。
【請求項8】
請求項6に記載の装置において、各該バッテリーモジュールは、さらに、アナログインタフェースを包含し、該アナログインタフェース間でやりとりされるアナログ信号は、該バッテリーモジュールの少なくとも一つのバッテリーセルの合計電圧値、該バッテリーモジュールにそれぞれ対応する合計電圧値の平均、及び該マスターコントロール回路により生成されるゲート信号を包含することを特徴とする、装置。
【請求項9】
請求項1に記載の装置において、該少なくとも一つのバランシング回路は、該少なくとも一つの処理回路のためのローカル電源端子を包含し、該少なくとも一つのバランシング回路はが少なくとも一つの処理回路に、該ローカル電源端子を介して電力を提供することを特徴とする、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この出願はアメリカ合衆国出願第61/769754号を先の出願とする優先権を主張し、それは2013年2月27日に出願されて、ここにその内容が含まれることを参考までに申し述べる。
【0002】
本発明は電源装置に係り、さらに詳しくは、電源装置をコントロールする方法、及び関係する装置に関する。
【背景技術】
【0003】
伝統的な電源装置(たとえば冗長電源装置)は通常、伝統的な電源装置内でバッテリー動作をコントロールするために特殊目的のコントロール回路が配置されている。関係技術によると、伝統的な電源装置内のコントロール回路は特定の設計を必要とするため、ある問題が起こり得る。たとえば、伝統的な電源装置の仕様はさまざまであり、コントロール回路はそれにともない調整される必要があり、その結果、関係コストが増加する。他の例では、コントロール回路の設計が使用者の必要によりアップデートされるとき、伝統的な電源装置内の機械素子(たとえば、ケース)もそれに伴い変更されなければならず、その結果、関係コストが増加する。このように、好ましくない副作用をもたらすことなく伝統的な電源装置のコントロールを強化し、基本的な構造を改善するための新規な方法が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ゆえに、本発明の目的は、電源装置をコントロールするための方法を提供し、及び、関係する装置を提供し、上述の問題を解決することにある。
【0005】
本発明のもう一つの目的は、電源装置をコントロールする方法を提供し、及び関係する装置を提供し、設定可能なバッテリーシステムを実行し、及び、簡単なシステム構成というゴールを達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の少なくとも一つの好ましい実施例によると、電源装置をコントロールする装置が提供され、該装置は、該電源装置の少なくとも一部を包含する。さらに詳しくは、該装置は少なくとも一つのバッテリーモジュールを包含し、各該バッテリーモジュールは、該電源装置内で直列に接続されたバッテリーモジュールであり、該バッテリーモジュールは少なくとも一つのバッテリーセル、少なくとも一つの処理回路、及び少なくとも一つのバランシング回路を包含し、該バランシング回路は前述の少なくとも一つのバッテリーセル及び前述の少なくとも一つの処理回路に電気的に接続される。前述の少なくとも一つの処理回路は、前述の該バッテリーモジュールの動作をコントロールするために配置される。さらに、前述の少なくとも一つの処理回路のコントロールの下で、前述の少なくとも一つのバランシング回路は、前述の少なくとも一つのバッテリーセルのバランシングを行なう。さらに、前述の少なくとも一つのバランシング回路は、前述の少なくとも一つの処理回路にバイアス電圧を提供し、及び、前述の少なくとも一つの処理回路は前述の少なくとも一つのバランシング回路より電力を得る。
【0007】
本発明の少なくとも一つの好ましい実施例により、電源装置をコントロールする方法が提供される。該方法は、電源装置内の直列に接続された一組のバッテリーモジュール中の特定のバッテリーモジュールの少なくとも一つのバランシング回路を利用して、該特定のバッテリーモジュールの少なくとも一つのバッテリーセルのバランシングを実行するステップ、及び、該少なくとも一つのバランシング回路を利用して、該特定のバッテリーモジュールの少なくとも一つの処理回路にバイアス電圧を提供するステップを包含し、そのうち、該少なくとも一つの処理回路は該少なくとも一つのバランシング回路より電力を得て、該特定のバッテリーモジュールの動作をコントロールするために配置される。
【発明の効果】
【0008】
本発明の電源装置をコントロールする方法及び装置の長所は、複数のバッテリーモジュール間の自動バランシングを、好ましくない副作用をもたらすことなく実現できることにある。さらに、提供される方法及び装置は、該バッテリーモジュールの数により制限されず、複数のバッテリーモジュールを具えた電源装置の自己バランシングを実現できる。こうして、提供される方法及び装置により実行される電源装置は、非常に高い出力電圧を提供でき、及び弱いバッテリーモジュールにおける厳重な短命の問題は起こらない。
提供される方法及び装置は、電源装置の生産、試験、設置、使用、サービス(たとえば失効したバッテリーモジュールの交換)、及び又は柔軟なプロモーション(たとえば、少なくとも一つのバッテリーモジュールを追加或いは除去することによる出力仕様の変更)に有効である。さらに、本発明の方法及び装置に基づき、電源装置は簡単に実施及び設計される。各機能ブロック(たとえばバッテリーモジュール、パワーモジュール、或いは集積モジュールのいずれか)はフル機能のモジュール化機能ブロックであるため、容易なシステム設計の目標は達成され得て、関係コストは節約され得る。ブロックバランシング機能及びバイアス回路はモジュール中にビルトインされるため、電源装置が異なるシステムに設計される(たとえばバッテリーモジュールの数が変更される)ときに、異なる要求に対応するため機能ブロックを再設計する必要がない。
【0009】
本発明のこれらの及び他の目的は、各種図面において示される以下の好ましい実施例の詳細な説明を読むことで、この技術における通常の知識を有する者にとって明らかとなることは疑いがない。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本発明の第1実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は一つのバッテリーモジュールを包含する。
図2】本発明の第2実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は一つのパワーモジュールを包含する。
図3】本発明の第3実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は一つの集積モジュールを包含する。
図4】本発明の第4実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は一組のバッテリーモジュールと一つのパワーモジュールを包含する。
図5】本発明の第5実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は一組のバッテリーモジュールと一つの集積モジュールを包含する。
図6】本発明の実施例による電源装置をコントロールする装置の図である。
図7】本発明の実施例による図6に示される複数のバランシング回路中の一つの実施の細部表示図である。
図8】本発明の実施例による図6に示される複数の処理回路中の一つの実施の細部表示図である。
図9】本発明の実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は、複数のブランチを包含し、各ブランチは、一組のバッテリーモジュールと一つの集積モジュールを包含する。
図10】本発明の実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は、複数のブランチを包含し、各ブランチは、一組のバッテリーモジュールと一つのパワーモジュールを包含する。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の第1実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は一つのバッテリーモジュールBMを包含し、それは電源装置の一部とされ得て、該バッテリーモジュールBMはまた、バッテリーブロック(BB)と称され得る。該バッテリーモジュールBMは、図1の左半部に示されるバッテリーセルのような、少なくとも一つのバッテリーセル(たとえば一つ或いはそれより多くのバッテリーセル)を包含し、及びバッテリーモジュールBMの動作をコントロールするため配置された少なくとも一つの処理回路を包含し、及び、さらに前述の少なくとも一つのバッテリーセルと前述の少なくとも一つの処理回路を電気的に接続する少なくとも一つのバランシング回路を包含し、前述の少なくとも一つの処理回路のコントロールの下で、前述の少なくとも一つのバランシング回路は前述のバッテリーモジュールBMの少なくとも一つのバッテリーセルのバランシングを実行する。たとえば、前述の少なくとも一つのバランシング回路は、パッシブバランシング回路を包含し(”Passive Balancing”と図1中で表示されている)、及びさらに、アクティブブロックバランシング及びバイアス回路(”Active Block Balancing+Bias”と図1中で表示されている)のようなアクティブバランシング回路を包含し、及び、前述の少なくとも一つの処理回路は、デジタルコミュニケーションコントロール回路(”Digital Comm”と図1中で表示されている)とブロックマネジメントサービス(BMS)回路("BMS”と図1中で表示されている)を包含する。さらに、該バッテリーモジュールBMは、デジタルインタフェースとアナログインタフェースを包含し、それらは一つ以上の他のモジュールと、該電源装置内でコミュニケートするために配置され、これにより該バッテリーモジュールBMはデジタル信号及びアナログ信号を使用できる。
【0012】
この実施例によると、パッシブバランシング回路が、バッテリーモジュールBMのバッテリーセルのパッシブバランシングを実行するために配置される。たとえば、BMS回路のコントロールの下で、該パッシブバランシング回路は、バッテリーモジュールBMのバッテリーセルの間のパッシブバランシングを実行し、さらに詳しくは、該バッテリーモジュールの複数のバッテリーセル中、特定のバッテリーセルの電圧降下が他のバッテリーセルよりも高い状況で、該バッテリーモジュールBMのバッテリーセルのうちの該特定のバッテリーセルからエネルギーを動的に除去する。これは説明のための例であって、本発明を制限するためのものではない。この実施例の変化例によると、該パッシブバランシング回路は、該電源装置内のバッテリーモジュールBMのバッテリーセルの合計電圧値、少なくとも一つの他のモジュールの合計電圧値(たとえば、別のバッテリーモジュールのバッテリーセルの合計電圧値、或いは”バッテリーモジュール”と称されない特殊なモジュール内のバッテリーセルの合計電圧値)より高い状況で、該バッテリーモジュールBMのバッテリーセルよりエネルギーを動的に除去する。
【0013】
さらに、この実施例によると、アクティブブロックバランシング及びバイアス回路のような、アクティブバランシング回路が、該バッテリーモジュールBMのバッテリーセルのアクティブバランシングを実行するために配置される。たとえば、電源装置のシステムコントロール回路のコントロールの下で、該アクティブブロックバランシング及びバイアス回路のようなアクティブバランシング回路は、電源装置内で、該バッテリーモジュールBMのバッテリーセル及び少なくとも一つの他のモジュール(たとえば、他のバッテリーモジュール、或いは”バッテリーモジュール”と称されない特殊なモジュール)のそれとの間のアクティブバランシングを実行し、さらに詳しくは、動的にバッテリーモジュールBM(さらに詳しくは、バッテリーモジュールBMのバッテリーセル)よりエネルギーを集め、前述の少なくとも一つの他のモジュールに再配分するか、或いは前述の少なくとも一つの他のモジュールよりエネルギーを集めてエネルギーをバッテリーモジュールBM(さらに詳しくは、バッテリーモジュールBMのバッテリーセル)に再配分する。これは説明のための例であり、本発明を制限するためのものではない。この実施例の変化例によると、アクティブバランシング回路、たとえばアクティブブロックバランシング及びバイアス回路は、バッテリーモジュールBMのバッテリーセル間のアクティブバランシングを実行する。さらに詳しくは、この実施例において、該アクティブブロックバランシング及びバイアス回路は、さらに、前述のバッテリーモジュールBMの少なくとも一つの処理回路に、バイアス電圧を提供するために配置され、前述のバッテリーモジュールBMの少なくとも一つの処理回路は、該アクティブブロックバランシング及びバイアス回路より電力を得る。
【0014】
さらに、前述の少なくとも一つの処理回路は、バッテリーモジュールBMのコントロール操作のために配置される。たとえば、該デジタルコミュニケーションコントロール回路はバッテリーモジュールBM(さらに詳しくは、該バッテリーモジュールBMの該BMS回路)のデジタルコミュニケーションコントロールを実行する。他の例では、該BMS回路はバッテリーモジュールBMの各バッテリーセルの端子での電圧レベルを検出し、前述の少なくとも一つのバランシング回路の少なくとも一部(たとえば一部或いは全部)、たとえば、前述のパッシブバランシング回路の少なくとも一部(たとえば一部或いは全部)及び又は前述のアクティブバランシング回路の少なくとも一部(たとえば一部或いは全部)をイネーブル或いはディスエーブルし、それは電圧レベル(たとえばバッテリーモジュールBMのバッテリーセルの端子での電圧レベル)の検出の結果に基づく。
【0015】
実際には、バッテリーモジュールBMはバッテリーモジュールBMの部品(たとえばバッテリーセル及び内部回路)を保護するために配置されたケースを包含する。たとえば、バッテリーセルの外部端子BB+及びBB−はバッテリーモジュールBMのケース上に配置され得て、バッテリーモジュールBMのケース上に設置された一つ以上のコネクタと共に実行され得る。この例は説明のために設けられ、本発明を制限するためのものではない。他の例では、バッテリーセルの外部端子BB+とBB−は一つ以上のコネクタ及び該バッテリーモジュールBMのケースより延長された一つ以上のケーブルと共に実施され得る。
【0016】
図2は、本発明の第2実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は一つのパワーモジュールPMを包含し、それは電源装置の一部とされ得て、該パワーモジュールPMはまた、電源ブロック(PB)と称され得る。このパワーモジュールPMは該電源装置内のバッテリーセルの電流、たとえば、電源装置の全てのバッテリーモジュール{BM}のバッテリーセルを通る電流パス上の電流、を検出する検出レジスタRSEN1を包含し、そしてさらに、該電源装置のバッテリーセルの電流パス上に配置された複数のスイッチ(たとえば、この実施例においては二つのMOSFET)を包含し、それにより該電源装置内のバッテリーセルの電流パスをイネーブル或いはディスエーブルする。たとえば、電源装置が直列に接続された複数のバッテリーモジュールを包含する状況で、検出レジスタRSEN1が、これらのバッテリーモジュールのバッテリーセルの電流を検出するために利用される。他の例では、電源装置が単一のバッテリーモジュールを包含する状況で、検出レジスタRSEN1はこのバッテリーモジュールのバッテリーセルの電流を検出するために利用される。さらに、パワーモジュールPMは、少なくとも一つの処理回路を包含し得る。たとえば、前述のパワーモジュールPMの少なくとも一つの処理回路は、デジタルコミュニケーションコントロール回路(”Digital Comm”と図2中で簡単に表示されている)とマスターコントロール回路(図2中では、”Master Control”と簡単に表示されている)を包含し得る。さらに、該パワーモジュールPMはデジタルインタフェース及びアナログインタフェースを包含し、それらはそれぞれ、パワーモジュールPMが電源装置内の一つ以上のモジュールとデジタル信号及びアナログ信号によりコミュニケートできるように配置される。
【0017】
この実施例によると、前述の少なくとも一つの処理回路はパワーモジュールPMの動作をコントロールするために配置される。たとえば、該パワーモジュールPMの該デジタルコミュニケーションコントロール回路は、パワーモジュールPM(さらに詳しくは、該パワーモジュールPMのマスターコントロール回路)のためのデジタルコミュニケーションコントロールを実行し得る。他の例では、該マスターコントロール回路は、MOSFETのようなスイッチを、パワーモジュールPMのアナログインタフェースより受け取った一つ以上のアナログ信号に基づいてコントロールできる。この例は説明のためのものであって、本発明を制限するためのものではない。他の例においては、該マスターコントロール回路は、MOSFETのようなスイッチを,検出レジスタRSEN1を流れる電流に基づいてコントロールできる。他の例においては、該マスターコントロール回路は、電源装置内の一つ以上の他のモジュール(たとえば、一つ或いはそれ以上のバッテリーモジュール{BM})をコントロールできる。他の例においては、マスターコントロール回路は、電源装置内の他のモジュール(たとえば、一つ或いはそれ以上のバッテリーモジュール{BM})より情報を集めることができる。
【0018】
実際には、パワーモジュールPMは、該パワーモジュールPMの部品(たとえばバッテリーセル及び内部回路)を保護するために配置されたケースを包含する。たとえば、パワーモジュールPM内の検出レジスタRSEN1とMOSFETをいずれも具えた部分回路の外部端子PB+とPB−は、パワーモジュールPMのケースに配置され得て、及び該パワーモジュールPMのケースに設置された一つ以上のコネクタと共に実施され得る。この例は説明のためのものであって、本発明を制限するためのものではない。他の例においては、該外部端子PB+とPB−は、一つ以上のコネクタとパワーモジュールPMのケースより延伸された一つ以上のケーブルと共に実施される。
【0019】
図3は、本発明の第3実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は一つの集積モジュールIMを包含し、電源装置の一部とされ得て、及び集積モジュールIMはまた、集積ブロック(IB)と称され得る。該集積モジュールIMは、図1に示されるバッテリーモジュールBM及び図2に示されるパワーモジュールPMを、同じモジュールへと集積することにより実行され得る。たとえば、集積モジュールIMは図1に示されるバッテリーモジュールBMの全ての部品と、図2に示されるパワーモジュールPMの全ての部品を包含し得る。この例は説明のためのものであって、本発明を制限するためのものではない。いくつかの実施例においては、該集積モジュールIMは、図1に示されるバッテリーモジュールBMの部品の少なくとも一部(たとえば一部或いは全部)及び図2に示されるパワーモジュールPMの部品の少なくとも一部(たとえば一部或いは全部)を包含し得て、いくつかの共通部品(たとえば、デジタルインタフェース及びアナログインタフェース)は共有され得る。図3に示される実施例の構造は図1及び図2の変化例とされ、図3に示される構造の関係動作は図1及び図2に示される実施例のものと類似し得る。この実施例のための類似の説明はここでは重複して行なわない。
【0020】
実際には、集積モジュールIMは、該集積モジュールIMの部品(たとえばバッテリーセル及び内部回路)を保護するために配置されたケースを包含する。たとえば、集積モジュールIMのケース上に、外部端子IB+とIB−が配置され得て、該集積モジュールIMのケース上に設置された一つ以上のコネクタと共に実施され得る。この例は説明のためのものであって、本発明を制限するためのものではない。他の例においては、該外部端子IB+とIB−は、一つ以上のコネクタと集積モジュールIMのケースより延伸された一つ以上のケーブルと共に実施され得る。
【0021】
図4は、本発明の第4実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は、バッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}のような一組のバッテリーモジュール{BM}を包含し、これらの各バッテリーモジュールは図1に示されるバッテリーモジュールBMのコピーとされ得る。該装置はさらに、図2に示されるパワーモジュールPMのようなパワーモジュールを包含する。たとえば、符号Jは1より大きい正の整数を代表し得る。この例は説明のためのものであって、本発明を制限するためのものではない。この実施例の変化例によると、符号Jは正の整数を代表し、それは0に等しいかそれより大きい。さらに、エネルギー再分配及びクランプ回路(図4には簡単に、”Energy Redistribute & Clamping”と表示される)が上述のシステムコントロール回路の例として設けられ得る。図4に示されるように、一組のバッテリーモジュール{BM}たとえば、バッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}(さらに詳しくは、バッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}のバッテリーセル)は直列に接続され、及び端子PAK+とPAK−が、全体のバッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}の外部端子と見なされ得る。
【0022】
この実施例によると、前述のシステムコントロール回路、たとえば図4に示されるエネルギー再分配及びクランプ回路のコントロールの下で、特定のバッテリーモジュールBM(j)(たとえば、バッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}のいずれかであり、符号jは範囲[1,J]内にある正の整数を代表する)、たとえば該特定のバッテリーモジュールBM(j)中のアクティブブロックバランシング及びバイアス回路が、バッテリーモジュールBMのバッテリーセルのアクティブバランシングを実行するために配置される。たとえば、エネルギー再分配及びクランプ回路のようなシステムコントロール回路のコントロールの下で、特定のバッテリーモジュールBM(j)内のアクティブバランシング回路、たとえばアクティブブロックバランシング及びバイアス回路は、電源装置内のバッテリーモジュールBMのバッテリーセルと少なくとも一つの他のバッテリーモジュール(たとえば、一つ或いはそれ以上のバッテリーモジュール)の間のアクティブバランシングを実行する。さらに詳しくは、該特定のバッテリーモジュールBM(j)より動的にエネルギーを集めて、エネルギーを前述の少なくとも一つの他のバッテリーモジュールに再分配するか、或いは前述の少なくとも一つの他のバッテリーモジュールよりエネルギーを集めて、該特定のバッテリーモジュールBM(j)にエネルギーを再分配する。さらに詳しくは、該特定のバッテリーモジュールBM(j)、たとえばバッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}のうちいずれかの該アクティブブロックバランシング及びバイアス回路は、パワーモジュールPMの内部回路に、図1に示される実施例において言及されたバイアス電圧、たとえば図4に示されるバイアス電圧Bias_Vを提供し、図4中に示される該パワーモジュールPMは該特定のバッテリーモジュールBM(j)中のアクティブブロックバランシング及びバイアス回路より電力を得ることができる。
【0023】
さらに、この実施例によると、図4中に示されるモジュール中の任意の二つのモジュール(たとえば、バッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}及びパワーモジュールPM)のアナログインタフェース間で伝送或いは受け取られるアナログ信号は、一つ以上の個別のブロック電圧(たとえば、バッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}のうち一つのバッテリーモジュール、たとえば特定のバッテリーモジュールBM(j))のバッテリーセルの合計電圧値、一つ或いは複数の平均ブロック電圧(たとえば、バッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}にそれぞれ対応する合計電圧値の平均、たとえば、バッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}の端子BB+と端子BB−間の電圧差の平均、及び又はゲート信号を包含する。たとえば、前述の一つ或いはそれ以上の個別ブロック電圧は、特定のバッテリーモジュールBM(j)内のBMS回路により生成され得る。他の例では、前述の一つ或いはそれ以上の平均ブロック電圧は、パワーモジュールPM内のマスターコントロール回路により生成される。他の例においては、前述のゲート信号はパワーモジュールPMのマスターコントロール回路により生成され得る。
【0024】
図4に示されるように、図4に示されるモジュール(たとえば、バッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}及びパワーモジュールPM)のうち任意の二つのモジュール間でやりとりされるデジタル信号は、一つ或いはそれ以上のID(たとえば、バッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}及びパワーモジュールPMのID)、一つ或いはそれ以上の電圧値(図4中では簡単に”V’s”とラベル付けされている)、一つ或いはそれ以上の温度値(図4中では簡単に”T’s”とラベル付けされている)、及び又は一つ或いはそれ以上のステータスを包含する。たとえば、前述の一つ或いはそれ以上のIDは、該デジタル信号により運ばれるパケットの伝送先を指示するために利用され得る。他の例においては、前述の一つ或いはそれ以上のIDは、関係情報のソース(或いは該関係情報が属するソース)、たとえば前述の一つ或いはそれ以上の電圧値のソース、前述の一つ或いはそれ以上の温度値のソース、及び又は前述の一つ或いはそれ以上のステータスのソースを指示するために利用され得て、該デジタル信号は、図4に示されるモジュールに関して、図4に示されるモジュール(たとえばバッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}及びパワーモジュールPM)のいずれかの関係情報、たとえば電圧値、温度値、及びステータスの関係情報を指示する。
【0025】
この実施例によると、電源装置は、簡単に実行及び構成され得る。各機能ブロック(たとえば、バッテリーモジュール{BM}のいずれか及びパワーモジュールPM)は、フル機能のモジュール化機能ブロックとされ、簡単のシステム構成の目的が達成され、関係コストは節約される。バッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}内にアクティブブロックバランシング及びバイアス回路がビルトインされるため、電源装置が異なる要求に応じてそれぞれ異なるシステムに構成されるとき(たとえばバッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}の数が変更されるとき)、機能ブロックを再設計する必要がない。
【0026】
図5は本発明の第5実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は一組のバッテリーモジュール{BM}、たとえばバッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J−1)}であり、各バッテリーモジュールは図1に示されるバッテリーモジュールBMのコピーとされ得るものと、及びさらに、一つの集積モジュール、たとえば図3に示される集積モジュールIMを包含する。同様に、エネルギー再分配及びクランプ回路(図5中では”Energy Redistribute & Clamping”と簡単に表示されている)は、上述のシステムコントロール回路の例とされ得る。図5に示されるように、一組のバッテリーモジュール{BM}、たとえばバッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J−1)}、及び集積モジュールIM(さらに詳しくは、バッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J−1)}のバッテリーセル、及び集積モジュールIM)は直列に接続され、端子PAK+とPAK−は全部のバッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J−1)}と集積モジュールIMの外部端子と見なされ得る。図5に示される集積モジュールIMは、図4に示されるバッテリーモジュールBM(J)と図4に示されるパワーモジュールPMを同一のモジュールへと集積することで実施可能であるため、この実施例の構造は図4の実施例より変化させられ、及びこの実施例の構造の関係動作は図4に示される実施例のものと同様である。本実施例のための同様の説明の詳細はここでは繰り返さない。
【0027】
この実施例によると、電源装置は、簡単に実行され得る。各機能ブロック(たとえば、任意のバッテリーモジュール{BM}及び集積モジュールIM)はフル機能のモジュール化機能ブロックであり、簡単のシステム構成の目的が達成され、関係コストは節約される。バッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}内にアクティブブロックバランシング及びバイアス回路がビルトインされるため、電源装置が異なる要求に応じてそれぞれ異なるシステムに構成されるとき(たとえばバッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J−1)}の(J−1)の数が変更されるとき)、機能ブロックを再設計する必要がない。
【0028】
図6は本発明の実施例による電源装置をコントロールする装置の図である。バランシング回路{BLM(1),BLM(1),...,BLM(J)}は、前述の少なくとも一つのバランシング回路の例とされ得て、さらに詳しくは、図1に示されるバッテリーモジュールBMの前述のアクティブブロックバランシング及びバイアス回路の例とされ得る。こうして、バランシング回路{BLM(1),BLM(1),...,BLM(J)}は、それぞれ、図4に示される実施例におけるバッテリーモジュール{BLM(1),BLM(1),...,BLM(J)}のアクティブブロックバランシング及びバイアス回路、或いは、それぞれ、図5に示される実施例におけるバッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J−1)}及び集積モジュールIMのアクティブブロックバランシング及びバイアス回路と見なされ得る。
【0029】
さらに、処理回路{CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)}は、図1に示されるバッテリーモジュールBMの少なくとも一つの処理回路の例とされ得る。たとえば、処理回路CKT(j)は、バッテリーモジュールBM(j)のBMS回路内で実施可能である。この例は説明のためのものであって、本発明を制限するためのものではない。この実施例のいくつかの変化例によると、処理回路CKT(j)の構造は変更可能である。たとえば、処理回路CKT(j)は、バッテリーモジュールBM(j)の他の部分内で実行可能である。他の例においては、該処理回路CKT(j)は、バッテリーモジュールBM(j)の少なくとも一つの処理回路の少なくとも一部(一部或いは全部)を包含し得る。
【0030】
図6に示されるように、バランシング回路BLM(1),BLM(1),...,BLM(J)の端子{T1(1),T2(1)},{T1(2),T2(2)},...,{T1(J),T2(J)}は、対応するバッテリーモジュールBM(1),BM(2)等及び図6に示される集積モジュールIMの一組のバッテリーセルに電気的に接続され、及び、バッテリーモジュールBM(1),BM(2)等と図6に示される集積モジュールIMの内部端子と見なされ得る。バランシング回路BLM(1),BLM(1),...,BLM(J)の端子{T3(1),T4(1),T5(1)},{T3(2),T4(2),T5(2)},...,{T3(J),T4(J),T5(J)}は、それぞれ、バッテリーモジュールBM(1),BM(2)等と図6に示される集積モジュールIMの外部端子と見なされ得て、そのうち、端子T3(1),T3(2),...,T3(J)は互いに電気的に接続され、端子{T4(1),T5(1)},{T4(2),T5(2)},...,{T4(J),T5(J)}は、互いに電気的に接続されている。さらに、処理回路CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)の端子{T10(1),T13(1),T14(1),T15(1)},{T10(2),T13(2),T14(2),T15(2)},...,{T10(J),T13(J),T14(J),T15(J)}は、バランシング回路BLM(1),BLM(1),...,BLM(J)の端子{Vbias(1),T3(1),T4(1),T5(1)},{Vbias(2),T3(2),T4(2),T5(2)},...,{Vbias(J),T3(J),T4(J),T5(J)}に電気的に接続される。バランシング回路BLM(1),BLM(1),...,BLM(J)は、処理回路CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)に、電力をVbias(1),Vbias(2),...,Vbias(J)を介して供給し、該端子Vbias(1),Vbias(2),...,Vbias(J)は、それぞれ処理回路CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)のローカル電源端子と見なされ得る。こうして、端子T10(1),T10(2),...,T10(J)は、それぞれ端子Vbias(1),Vbias(2),...,Vbias(J)に電気的に接続され、処理回路CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)のローカル電源入力端子と見なされ得て、端子T14(1),T14(2),...,T14(J)は、それぞれ処理回路CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)のローカル接地と見なされ得る。以下のことに注意されたい。処理回路CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)の端子Vbs(1),Vbs(2),...,Vbs(J)は互いに電気的に接続されている。さらに、たとえば、図6の最下部の端子は上述のシステムコントロール回路(たとえば、全体システムのシステムコントロール回路)のバイアス電圧を出力するために利用され得て、端子IM BAT+は処理回路CKT(J)の特定の端子に電気的に接続され得る。
【0031】
図7は、本発明の実施例による図6に示される複数のバランシング回路{BLM(1),BLM(1),...,BLM(J)}のうち一つ、たとえばバランシング回路BLM(j)の実施の細部表示図である。任意のバッテリーモジュールBM(1),BM(2)等及び図6に示される集積モジュールIMの端子{T1(j),T2(j),T3(j),T4(j),T5(j),Vbias(j)}に係る接続は、図6の実施例において説明されたものと同じである。
【0032】
この実施例によると、バランシング回路BLM(j)は、一次側と二次側に対応する複数の捲線、たとえば、”1”とラベル付けされた捲線、”N”とラベル付けされた捲線、及び”1.1”とラベル付けされた捲線を包含し得る。さらに詳しくは、”1”とラベル付けされた捲線は一次側に対応し、”N”とラベル付けされた捲線、及び”1.1”とラベル付けされた捲線は二次側に対応する。たとえば、”1”とラベル付けされた捲線は一次側に対応し、”N”とラベル付けされた捲線で形成される第1変圧器に関しては、二次側の一次側に対する変圧比(すなわち、”N”とラベル付けされた捲線の”1”とラベル付けされた捲線に対する変圧比)はN:1に等しく、第1変圧器は、対応するモジュール(たとえば、図6に示されるバッテリーモジュールBM(1),BM(2)等及び集積モジュールIM)のアクティブバランシングを実行するために利用され得る。他の例においては、第2変圧器が”1”とラベル付けされた捲線と”1.1”とラベル付けされた捲線で形成され、二次側の一次側に対する変圧比(すなわち、”1.1”とラベル付けされた捲線の”1”とラベル付けされた捲線に対する変圧比)は1.1:1に等しく、第2変圧器は、対応するモジュール(たとえば、図6に示されるバッテリーモジュールBM(1),BM(2)等及び集積モジュールIM)の内部回路のバイアス生成のために利用され得て、さらに詳しくは、上述の対応するモジュールの少なくとも一つの処理回路のためにバイアス電圧を生成するのに利用される。
【0033】
図7に示される構造に基づき、バイアスエネルギーが、バッテリーブロック(さらに詳しくは、図6に示されるバッテリーモジュールBM(1),BM(2)等及び集積モジュールIMのいずれかのモジュールのバッテリーセル)より、より高いエネルギーコンテンツと共に引き出されて、バッテリーブロックアクション中に再分配される(或いは除去される)。さらに、図7に示される構造において、j=Jの状況においては、バイアスエネルギーはまた、動作するバッテリーブロックがないときに、図6に示される集積モジュールIM中のバッテリーセルより伝えられる。この例は説明のためのものであって、本発明を制限するためのものではない。この実施例のいくつかの変化例によると、図4に示される構造に対応するシステムにおいて、バイアスは、集積モジュールIMの役割をはたすパワーモジュールPMに隣接するバッテリーモジュールBM(J−1)で同様に生成され、このバイアスエネルギーはそれからパワーモジュールPMに伝えられる。
【0034】
図8は、本発明の実施例による図6に示される複数の処理回路{CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)}中の一つ、たとえば処理回路CKT(j)の実施の細部表示図である。図6に示される任意のバッテリーモジュールBM(1),BM(2)等及び集積モジュールIMの端子{T10(j),T13(j),T14(j),T15(j),Vbs(j)}の接続に関しては、図6に示される実施例で説明されたとおりである。
【0035】
この実施例によると、処理回路CKT(j)は、複数のレジスタ、複数のダイオード、及び複数のスイッチ(たとえば、この実施例におけるMOSFET)を包含し得る。たとえば、図8に示される構造においてj=Jの状況では、図6中に示される端子IM BAT+1は、処理回路CKT(J)の端子BAT+に電気的に接続される。他の例では、処理回路CKT(j)の端子OVPは、いくつかのコントロール目的のために利用され得る。
【0036】
図9は本発明の実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は、複数のブランチを包含し、各ブランチは、図5に示される一組のバッテリーモジュールと一つの集積モジュール、たとえばバッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J−1)}と集積モジュールIMを包含する。図9に示されるように、これらブランチは全体システムの外部端子PACK+とPACK−に、電気的に並行に接続される。さらに、上述のシステムコントロール回路(図9においては簡単に”System Control”とラベル付けされている)は、各ブランチの動作をコントロールできる。たとえば、図9に示される構造は、全体システムが、低−中電圧(たとえば、出力電圧が154ボルト以下である)と低ブランチ電流(たとえば、出力電流が80アンペア以下である)のシステムである状況で利用され得る。この例は説明のためのものであって、本発明を制限するためのものではない。
【0037】
図10は、本発明の実施例による電源装置をコントロールする装置の図であり、この実施例の装置は、複数のブランチを包含し、各ブランチは、一組のバッテリーモジュールと一つのパワーモジュール、たとえば、図4に示されるバッテリーモジュール{BM(1),BM(2),...,BM(J)}及びパワーモジュールPMを包含する。図10に示されるように、これらブランチは全体システムの外部端子PACK+とPACK−に、電気的に並行に接続され、各ブランチの端子PAK+とPAK−は、それぞれ、全体システムの該外部端子PACK+とPACK−に、電気的に接続されている。さらに、上述されたシステムコントロール回路(図10において、簡単に”System Control”とラベル付けされている)は、各ブランチの動作をコントロールできる。たとえば、図10に示される構造は、全体システムが、高電圧(たとえば、出力電圧が154ボルトより高い)と高ブランチ電流(たとえば、出力電流が120アンペア以上である)のシステムである状況で利用され得る。この例は説明のためのものであって、本発明を制限するためのものではない。
【0038】
以上に説明された各実施例に基づき、本発明はさらに、上述された電源装置をコントロールする方法を提供し、該方法は、以下を包含する。電源装置内で直列に接続された一組のバッテリーモジュール{BM}のうちの特定のバッテリーモジュールBM(j)の少なくとも一つのバランシング回路を利用して、該特定のバッテリーモジュールBM(j)の少なくとも一つのバッテリーセルのバランシングを実行するステップ、及び、前述の少なくとも一つのバランシング回路を利用して、前述の特定のバッテリーモジュールBM(j)の少なくとも一つの処理回路に、対応するバイアス電圧を提供するステップ。該少なくとも一つの処理回路は電力を前述の少なくとも一つのバランシング回路より獲得し、該特定のバッテリーモジュールBM(j)の動作をコントロールするために配置される。この方法に係る関係動作については上述の実施例において説明されているため、同様の説明はここで重複して行なわない。
【0039】
以上は本発明の好ましい実施例の説明に過ぎず、並びに本発明を限定するものではなく、本発明に提示の精神より逸脱せずに完成されるその他の同等の効果の修飾或いは置換は、いずれも本発明の権利請求範囲内に属する。
図1
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図7
図8
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図10